Sammendrag i Kjemi Sjekk http://www.oysk.com/ for flere sammendrag, elevøvelser og oppgavesett til ressurshefter i norsk! Redoksreaksjoner Redoksreaksjoner er den vanligste reaksjonstypen. Ordet Redoks består av reduksjon og oksidasjon og er en reaksjon der det skjer en elektronovergang. Et stoff som gir fra seg elektron(er) blir oksidert, mens stoff som tar opp elektron(er) blir redusert). Oksidasjonstall, et hjelpemiddel for bokføring av elektroner. Atom som oksideres får en økning i oksidasjonstallet, mens et atom som reduseres får en minskning i oksidasjonstallet. Oksidasjonsregler: 1.Oksidasjonstallet til et grunnstoff i fri tilstand er null. 2.Oksidasjonstallet til et ion er lik ioneladningen. 3.Summen av oksidasjonstallene til atomene i et molekyl er null. 4.Summen av oksidasjonstallene til atomene i et sammensatt ion er lik ioneladningen. 5.Oksidasjonstallet til oksygen i kjemiske forbindelser er vanligvis -II (ikke for peroksidene eks. H2O2 der det er -I). 6.Oksidasjonstallet til hydrogen i kjemiske forbindelser er vanligvis +I (ikke for hydridene eks. NaH der det er -I). 7.Oksidasjonstallet til alkalimetallene og jordalkalimetallene i kjemiske forbindelser er henholdsvis +I og +II. Balansering av redokslingninger: 1.Sette på oksidasjonstallene. 2. Stille opp delreaksjonene. 3. Balansere mht. elektronene. 4. Balansere mht. atomtype. 5. Kontrollere ladningene. 6. Lage fullstendig likning. Redokstitrering: Ved en redokstitrering skjer det en redoksreaksjon i titrerkolben. Permanganattitrering: MnO4 - + 8H+ +5e- -> Mn 2+ + 4H2O (Reduksjon). Trenger ikke indikator fordi MnO4 - er kraftig fiolett. Må være sur løsning ellers MnO4 - -> MnO2. Eks: Jern, MnO4 - + 5Fe 2+ -> Mn 2+ + 5Fe 3+. Tiosulfattitrering: Brukes ofte til å bestemme konsentrasjonen av jod i en løsning. 2S2O3 2- + I2 -> S4O6 2- + 2I-. Bruker stivelse som indikator. Stivelse og jod påviser hverandre og gir en blå farge. Eks: Klor, 2I- + Cl2 -> 2Cl- + I2 eller ClO- + 2I- -> Cl- I2 + H2O. Den elektrokjemiske spenningsrekken er en liste av redokspar ordnet etter deres oksiderende og reduserende evne. Spontan reaksjon skjer mellom de reduserte formene og de oksiderende formene som har en høyere E0 (Z-regelen). Hydrogenutdrivende metaller: metaller som reagerer med syrer og danner hydrogengass. De står over hydrogen i spenningsrekka. Oksiderende syrer, vi kaller syrer der det negative ionet har oksiderende egenskaper, for oksiderende syrer. Eks. Svovelsyre, salpetersyre. Galvanisk Celle: Elektrokjemi, kjemien som dreier seg om vekselvirkningen mellom kjemisk energi og elektrisk energi. En galvanisk celle overfører kjemisk energi til elektrisk energi ved spontane reaksjoner. Ved at elektronoverføreingen mellom ionene skjer gjennom en ytre leder får vi elektrisk strøm istedenfor varme. Man brukte galvaninske celler til å framstille natrium, kalium, magnesium og kalsium. Oppbygning av en galvanisk celle. Består av to poler, mellom polene er det saltløsninger. Ved den negative polen skjer det en oksidasjon, og det avgis elektroner til metallederen. Den reduserte formen som har størst reduserende evne avgir elektroner og blir negativ pol (Spontan, Z-regelen). Daniellcellen: -Zn|Zn 2+||Cu 2+|Cu+. Saltbro: Na2SO4, SO4 2- vandrer mot den negative polen (Zn) fordi antall Zn 2+ ioner har økt i løsningen rundt den. Elektromotorisk spenning, ems. Det er en elektrisk spenning mellom polene for at det skal kunne gå strøm. Den skyldes både forskjellen i metallenes reduserende evne og konsentrasjonene i løsningene. Standardtilstanden: Konsentrasjonene er 1,0M, da er den elektromotoriske spenningen lik differansen mellom den elektromotoriske spenningene E0 for redoksparene som er oppgitt i spenningsrekka. Batteri, en samling seriekoblede elementer, også brukt om bare et element. Et primært batteri kan ikke lades opp, mens et sekundært kan lades opp (elektrolyse). Tørrelementer, primært, ems=1,5V (faller ofte ved sterk belastning), -Zn(s)|NH4Cl(aq)|MnO2(s)C(s)+, karbonstav i midten som virker som positivpol, men som ikke deltar i reaksjonen. Eks. Lommelyktbatteri. Alkaliske batterier, primært, ems=1,5V, -Zn(s)|KOH(aq)|MnO2(s)C(s)+, en avansert og dyrere utgave av tørrelementet, basisk miljø! Kvikksølvbatteri, primært, ems=1,3V (veldig stabilt), -Zn(s)|KOH(aq)|HgO(s)C(s)+, dyrt, lite, energirikt, giftig, tåler lang lagring. Eks. klokke, kamera, høreapparat. Blyakkumulator (bil), sekundært (likespenning), ems=2V (bilbatteri 6X2V=12V), -Pb(s)|H2SO4(aq)|PbO2(s)C(s)+, det dannes PbSO4 ved begge polene (tungtløselig), utlades fører til fortynning av svovelsyra, giftig. NiCd-batterier, sekundært, ems=1,2V, -Cd(s)|KOH(aq)|Ni(OH)3(s)+, tåler lang tid ladning, giftig. Eks. vanlige oppladbare batterier. Sølvelement: -Zn(s)|KOH(aq)|Ag2O(s)+ 1,6V Litiumbatteri: -Li(s)|KOH(aq)|MnO2(s)+ 3,4V Brenselcelle, produserer elektrisk strøm så lenge utgangsstoffene blir tilført. Mest kjente er hydrogen-oksygencellen (dannes vann). I brenselcellen vil forbrenningsreaksjonen bli slik at energien som blir frigjort, overføres til elektrisk energi. Hydrogengass i en kammer med en positiv platinaelekrode, mens oksygen i et kammer med en negativ platinaelektrode. Mellom kammerene er det konsentrert kaliumhydroksid (KOH(aq)). 2H2(g)+4OH-(aq) -> 4H2O(l)+4e-. O2(g)+2H2O(l)+4e- -> 4OH-(aq). Virkningsgrad på 60-80%. Brenselsceller er idag dyre i drift. Elektrolyse: I en elektrolysecelle skjer det motsatte av det som foregår i en galvanisk celle. Når vi tilfører elektrisk energi ved å koble elektrodene til en likespenningskilde (med større spenning enn ems), påtvinger vi systemet en redoksreaksjon som ellers ikke ville ha funnet sted. Den elektriske energien blir overført til kjemisk energi. Smelteelektrolyse er elektrolyse av et smeltet fast stoff. Må brukes for å fremstille de mest elektropositive metallene som eks. Aluminium. Framstilling av aluminium: Første trinn (bayerprosessen): Finknust Bauxitt behandles med NaOH og Al(OH)4 - ioner løser seg, mens jernoksid og silikater blir igjen i et bunnfall(rødslam). Deretter felles Al(OH)3 fra løsningen og ved oppvarming dannes Al2O3. Andre trinn: Smelteelektrolyse av aliminiumoksidet, krever mye elektrisk energi, Al2O3 smeltes sammen med kryolitt(Na3AlF6, kunstig) for å få lavere smeltepunkt (1000C). Den negative elektroden er grafitt (karbon) og er festet langs bunn og vegg. De positive elektrodene er også karbon. Negativ elektronde: Al 3+ + 3e- -> Al, Positiv elektrode: 2O 2- -> O2 +e4- (reagerer med elektroden og danner CO og CO2). Ved elektrolyse av vannløsninger av salter kan både ionene som er til stede og vannmolekylene ta opp/avgi elektroner. Vi kan forutse hvilde stoffer som gjør det ved å se i spenningsrekka. Elektrolyse av en kobberkloridløsning: Negativ elektrode (katode): Cu 2+ + 2e- -> Cu, Positiv elektrode (anode): 2Cl- -> Cl2 + 2e-. Kun ionene i løsningen som reagerer (ikke vannet). Elektrolyse av en natriumkloridløsning: Positiv elektrode: 2Cl- -> Cl2 + 2e-, Negativ elektrode: 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH- (basisk). Totalreaksjon: energi + 2H2O + 2NaCl -> H2 + Cl2 + 2NaOH. Elektrolyse av en natriumsulfatløsning: Elektrode av platina, apparatet er fylt med NaSO4 løsning med BTB. Utvikler seg gass på begge elektrodene. Negativ elektrode: 2H20 + 2e- -> H2 + 2OH-, positiv elektrode: 2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-. Totalreaksjon: energi + 2H2O -> 2H2 + O2. 3Cu + 8HNO3 -> 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O (fortynnet salpetersyre) Ord: Alkalisk: basisk Batteri: en kombinasjon av flere galvaniske celler. Edelt metall: metall som er lite reaktivt og som derfor vanskelig danner oksider (finnes i fri tilstand i naturen) Eks. Sølv, gull, platina, palladium, (+kobber). Elektrokjemisk celle: en fellesbetegnesle på galvaniske- og elektrolyseceller. Elektrolyse: bruk av elektrisk energi for å få en ikke-spontan redoksreaksjon til å finne sted. Elektrolysecelle: en celle der det skjer det motsatte av i en galvanisk celle. Ved å tilføre elektrisk energi til en celle, påtvinges cellen en redoksreaksjon, og den elektriske energien overføres til kjemisk energi. Elektrolytt: en væske som inneholder positive og negative ioner, og som derfor blant annet leder elektrisk strøm. Elektromotorisk spenning: spenningen mellom de to polene i en galvanisk celle. Galvanisering: en prosess der et metall eller legering belegges med et annet metall eller legering. Galvanisk celle: en celle der det skjer en spontan redoksreaksjon, og den kjemiske energien som avgis, overføres til elektrisk energi. Korrosjon, naturlig oksidasjon av metaller. Oksidasjon: en økning i odsidasjonstall som følge av at elektroner fullstendig eller delvis avgis. Oksidasjonsmiddel: et stoff med stor oksiderende evne. Et stoff som kan oksidere andre stoffer, og som selv blir redusert. Oksiderende evne: evnen et stoff har til å oksidere andre stoffer. Oksiderende syre: syre der det negative ionet har oksiderende egenskaper. Permanganattitrering: en redokstitrering der titrerløsningen (MnO4 -) oksiderer løsningen med ukjent konsentrasjon. I sur løsning blir MnO4 - selv redusert til Mn 2+. Redoksreaksjon: en reaksjon der odsidasjonstallet øker for en atomsort og minker for en annen. Redokspar: den oksiderte og reduserte formen til et stoff. Reduksjon: en minskning i odisdasjonstallet som følge av et fullstendig eller delvis opptak av elektronger. Reduksjonsmiddel, et stoff med stor reduserende evne. Et stoff som kan redusere andre stoffer, og selv bli oksidert. Reduserende evne: evnen et stoff har til å redusere andre stoffer. Redusert form: den formen i et redokspar med lavest oksidasjonstall. Saltbro: et bindeledd som kobler to halvceller sammen til en galvanisk celle, men som ikke lar løsningene i halvcellene blande seg. Den inneholder en løsning som leder strøm (elektrolytt), men som ikke består av ionene i de to halvcellene. Smelteelektrolyse: elektrolyse av et smeltet fast stoff. Tiosulfattitrering: en redokstitrering der titrerløsningen (S2O3 2-) reduserer løsningen med ukjent konsentrasjon. S2O3 2- blir oksidert til S4O6 2-. Uedelt metall: metall som gir hydrogengass når det reagerer med en syre.