Hjælp til afstemning af reaktionsskemaer for oxidation af ethanal til eddikesyre

Hej!

Lad os tage a) sammen. Først og fremmest skal vi bemærke, at begge disse reaktioner foregår i stærk basisk opløsning. Det betyder, at koncentrationen af hydroxidioner (OH^-) er relativ stor, og derfor skal vi afstemme ladninger med disse. Når jeg afstemmer redoxreaktioner, deler jeg gerne afstemninger op i reaktionens to dele - en oxidation og en reduktion.

Husk, at en oxidation er en afgivelse af elektroner, hvilket svarer til en stigning i oxidationstal for det atom, som oxideres.
Modsat er en reduktion en optagelse af elektroner, hvilket svarer til et fald i oxidationstal for det atom, som reduceres.

Den ikke-afstemte reaktion er:

     CH₃CHO  +  Ag⁺  -->  CH₃COO^-  +  Ag (s)

Lad os først bestemme oxidationstallene af det atomer/grundstoffer der er relevante for redoxreaktionen. Nemmest er naturligvis for sølv. Vi ser på venstre side, at vi har en Ag⁺ ion, svarende til oxidationstallet +1, og på højre side metallisk sølv (svarende til det frie grundstof) som har oxidationstallet 0 (Grundstoffer har altid oxidationstallet 0).

Ethanal og eddikesyre er lidt sværer, men stadig ok. Kig på den egentlige omdannelse i reaktionen. Det er kun carbonatomet, som er dobbeltbundet til et oxygen (carbonylgruppen) som der bliver ændret på - der er stadig tre hydrogenatomer og ét carbon bundet til det andet carbon, så det kan vi bare se bort fra.
Nu skal vi huske, at hydrogen (næsten) altid er +1, mens oxygen (næsten altid) er -2, og at summen af atomernes oxidationstal i en given forbindelse skal være lig dets ladning. Ethanal er ikke ladet, så oxidationstallet for carbonatomet bliver:

     OT(C_aldehyde) + 1 - 2 = 0  <=> OT(C_aldehyd) = +1.

På højre side for carboxylsyren ser vi nu en negativ ladning, og vi har nu bundet carbonatomet til to oxygenatomer. Derfor bliver oxidationstallet for produktets carbonatom:

     OT(C_syre) - 2 x 2 = -1 <=> OT(C_syre) = +3.

Lad os nu skrive oxidationstallene op i reaktionen, så vi kan afgøre, hvad der hhv. bliver oxideret og reduceret;

           +1            +1                 +3               0
     CH₃CHO  +  Ag⁺  -->  CH₃COO^-  +  Ag (s)

Vi ser, at carbon går fra +1 til +3 og derfor bliver oxideret, mens sølv går fra +1 til 0 og derfor bliver reduceret. Lad os nu dele disse to processer op og afstemme dem hver for sig.

Oxidationen:
Vi ser, at der er et spring på +2 oxidationstrin og dette svarer til, at aldehydet afgiver 2 elektroner. Det skriver vi op:

     CH₃CHO  -->  CH₃COO^-  +  2 e^-

Nu afstemmer vi ladningen. Der er -3 på højre side og neutralt på venstre. Derfor tilføjer vi 3 OH^- på venstre side:

     CH₃CHO  +  3 OH^-  -->  CH₃COO^-  +  2 e^-

Nu tæller vi antallet af oxygenatomer på begge sider. Der er 4 på venstre side og kun 2 på højre. Derfor tilføjer vi nu 2 H₂O på højre side og får:

     CH₃CHO  +  3 OH^-  -->  CH₃COO^-  + 2 e^-  +  2 H₂O

Og nu er oxidationsprocessen afstemt! (Som tjek kan du slutteligt tælle antal hydrogenatomer på begge sider, men alt passer :) ). Nu tager vi og gør de samme trin for reduktionsprocessen.

Reduktionen:
Vi ser, at sølv under redoxreaktionen går fra +1 til 0 i oxidationstal, svarende til et fald på -1. Dette svarer til, at sølv(I)ionen optager én elektron. Det skriver vi:

     Ag⁺  +  e^-  --> Ag (s)

Vi ser nu, at reduktionen er ganske simpel, og processen er allerede nu afstemt. Der er samme antal ladninger og atomer på begge sider, så nu kan vi gå videre til sidste trin.

Saml oxidationen og reduktionen:
For at opsummere, skriver jeg lige de to afstemte processer igen herunder:

     CH₃CHO  +  3 OH^-  -->  CH₃COO^-  +  2 e^-  +  2 H₂O    (Oxidation)

     Ag⁺  +  e^-  -->  Ag (s)     (Reduktion)

Det eneste vi mangler nu, er at kombinere disse til den endelige afstemte redoxreaktion. Vi ser, at der afgives 2 elektroner i oxidationen, mens der kun optages én elektron i reduktionen. For at kunne slå de to reaktionsligninger sammen, skal vi derfor gange reduktionsreaktionen med 2 på begge sider, så antallet af elektroner passer! Vi får:

     2 Ag⁺  +  2 e^-  -->  2 Ag (s)

Nu 'lægger' vi de to reaktionsligninger sammen (oxidation + 2 x reduktion), og får:

     CH₃CHO  +  3 OH^-  +  2 Ag⁺  +  2 e^-  -->  CH₃COO^-  +  2 e^-  +  2 Ag (s)  +  2 H₂O

Du ser, at fordi vi har afstemt elektronerne for både oxidationen og reduktionen med hinanden, så går de ud med hinanden, og vi ender med den afstemte redoxreaktion:

     CH₃CHO  +  3 OH^-  +  2 Ag⁺  -->  CH₃COO^-  +  2 Ag (s)  +  2 H₂O

Prøv at gå de samme trin igennem for b) opgaven! :)

Ps. Dette er nok en længere procedure for at afstemme redoxreaktioner end du er vant til på gymnasiet, men hvis du lærer de enkelte trin og deler oxidations- og reduktionsprocessen op i sine egne afstemninger, så synes jeg selv at det både er lettere at afstemme (og du kan holde øje med elektronerne) og nemmere at holde regnskab med det hele! Held og lykke :)

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Sidenote: I sur opløsning er koncentrationen af oxoniumioner (H₃O⁺) relativ stor, hvorfor man afstemmer ladninger med disse ioner under sure betingelser (hvilket ikke er tilfældet i denne opgave!).

Jeg kan kun sige tusind tak for dit detaljerede svar, det har helt klart hjulpet mig til at forstå processen. Mange tak igen!