Redoksreaksjoner og elektrokjemi

Kapittel 4 i Kjemi 2 handler om redoksreaksjoner og elektrokjemi: oksidasjonstall, galvaniske celler, standard cellepotensial (E°), elektrolyse og Faradays lov, samt korrosjon og beskyttelse av metaller.

Kapittel 4: Redoksreaksjoner og elektrokjemi

Kjemi 2 – Komplett og dyptgående læremateriale | ifingo

Kompetansemål (LK20)

Dette kapittelet gir deg et solid fundament for å mestre følgende kompetansemål fra læreplanen i Kjemi 2:

• Bestemme oksidasjonstall og balansere redoksreaksjoner i sure og basiske løsninger.
• Beregne cellespenning ved hjelp av standard reduksjonspotensialer.
• Forklare oppbygging og virkemåte til galvaniske celler, elektrolyseceller og batterier.
• Bruke Faradays lover i kvantitative beregninger på elektrolyse.
• Anvende redoksprinsippene på korrosjon, brenselsceller og overflatebehandling.

Trenger du en grundig gjennomgang av galvaniske celler, elektrolyse, batterier og brenselceller? Vi har laget en komplett dybdeforklaring som viser hvordan redoksreaksjoner omdannes til elektrisk energi – og omvendt.

🧪 Hva er oksidasjonstall?

Oksidasjonstall er et tall som brukes for å vise hvor mange elektroner et atom formelt har avgitt eller tatt opp i en kjemisk forbindelse. Det er et viktig hjelpemiddel i kjemi fordi det gjør det lettere å forstå hvordan elektroner fordeles mellom atomene, og det brukes særlig når vi arbeider med redoksreaksjoner.

Når et atom får et positivt oksidasjonstall, betyr det at atomet formelt har avgitt elektroner. Når et atom får et negativt oksidasjonstall, betyr det at atomet formelt har tatt opp elektroner. Oksidasjonstall er derfor ikke nødvendigvis den virkelige ladningen til atomet, men en modell som hjelper oss å analysere kjemiske forbindelser og reaksjoner.

For å kunne bestemme oksidasjonstall riktig bruker vi et sett med faste regler. Disse reglene brukes i prioritert rekkefølge.

Regler for å bestemme oksidasjonstall

1. Atomer i et grunnstoff har oksidasjonstall 0.
2. Summen av oksidasjonstallene til atomene i et molekyl, i en formelenhet av en ioneforbindelse eller i et nettverksstoff, er 0.
3. Summen av oksidasjonstallene til atomene i et ion er lik ioneladningen.
4. Fluor har i forbindelser alltid oksidasjonstall −I.
5. Alkalimetallene (gruppe 1) har i forbindelser oksidasjonstall +I.
6. Jordalkalimetallene (gruppe 2) har i forbindelser oksidasjonstall +II.
7. Hydrogen har i forbindelser vanligvis oksidasjonstall +I.
8. Oksygen har i forbindelser vanligvis oksidasjonstall −II.

1️⃣ Atomer i et grunnstoff har oksidasjonstall 0

Når et stoff består av bare ett grunnstoff, har atomene oksidasjonstall 0. Dette gjelder både grunnstoffer som opptrer som enkeltatomer og grunnstoffer som finnes som molekyler.

• O₂: hvert oksygenatom har oksidasjonstall 0
• Fe: jern i ren form har oksidasjonstall 0
• H₂: hvert hydrogenatom har oksidasjonstall 0

2️⃣ Summen av oksidasjonstallene i et nøytralt stoff er 0

I et nøytralt molekyl eller i en formelenhet må summen av alle oksidasjonstallene bli 0. Dette er en av de viktigste reglene når vi skal regne ut ukjente oksidasjonstall.

• H₂O: H har +I og O har −II → 2·(+1) + (−2) = 0
• NaCl: Na har +I og Cl har −I → (+1) + (−1) = 0
• CO₂: O har −II, så C må ha +IV → (+4) + 2·(−2) = 0

3️⃣ Summen av oksidasjonstallene i et ion er lik ioneladningen

Dersom stoffet er et ion, skal summen av oksidasjonstallene være lik den totale ladningen til ionet. Dette brukes ofte når vi skal finne oksidasjonstallet til sentralatomet i sammensatte ioner.

• SO₄²⁻: O har −II → 4·(−2) = −8. For at summen skal bli −2, må S ha +VI.
• NO₃⁻: O har −II → 3·(−2) = −6. For at summen skal bli −1, må N ha +V.
• NH₄⁺: H har +I → 4·(+1) = +4. For at summen skal bli +1, må N ha −III.

💡 Husk: I nøytrale forbindelser skal summen alltid bli 0, mens summen i et ion alltid skal bli lik ioneladningen.

4️⃣ Fluor har alltid oksidasjonstall −I

Fluor er det mest elektronegative grunnstoffet og vil derfor alltid få oksidasjonstall −I i forbindelser. Dette gjør fluor lett å kjenne igjen når vi skal bestemme oksidasjonstall.

• HF: H har +I, F har −I
• PF₅: hvert F har −I, derfor må P ha +V

5️⃣ Alkalimetallene har oksidasjonstall +I

Alkalimetallene i gruppe 1 avgir lett ett elektron og får derfor oksidasjonstall +I i forbindelser.

• NaCl: Na har +I
• KOH: K har +I
• Li₂O: hvert Li har +I

6️⃣ Jordalkalimetallene har oksidasjonstall +II

Jordalkalimetallene i gruppe 2 avgir vanligvis to elektroner og får derfor oksidasjonstall +II i forbindelser.

• CaCl₂: Ca har +II
• MgO: Mg har +II
• BaSO₄: Ba har +II

7️⃣ Hydrogen har vanligvis oksidasjonstall +I

I de fleste forbindelser har hydrogen oksidasjonstall +I. Dette gjelder særlig når hydrogen er bundet til ikke-metaller.

• H₂O: H har +I
• CH₄: H har +I
• HCl: H har +I

Det finnes et viktig unntak: i metallhydrider har hydrogen oksidasjonstall −I.

• NaH: H har −I
• CaH₂: H har −I

8️⃣ Oksygen har vanligvis oksidasjonstall −II

I de fleste forbindelser har oksygen oksidasjonstall −II. Dette er en av de mest brukte reglene i kjemi.

• CO₂: O har −II
• H₂O: O har −II
• MgO: O har −II

Oksygen kan ha andre oksidasjonstall i noen spesielle forbindelser, men i vanlig skolekjemi er hovedregelen at oksygen har −II.

🧠 Hvordan regner man ut oksidasjonstall?

Når vi skal finne oksidasjonstallet til et atom, starter vi med de atomene vi kjenner oksidasjonstallet til fra reglene. Deretter bruker vi at summen av oksidasjonstallene må stemme med total ladning.

📝 Eksempel 1: Finn oksidasjonstallet til svovel i SO₄²⁻

Oksygen har vanligvis oksidasjonstall −II.

Det er fire oksygenatomer: 4 · (−2) = −8.

Hele ionet har ladning −2.

Da må svovel ha oksidasjonstall +VI, fordi:

📝 Eksempel 2: Finn oksidasjonstallet til karbon i CO₂

Oksygen har vanligvis oksidasjonstall −II.

Det er to oksygenatomer: 2 · (−2) = −4.

Molekylet er nøytralt, så summen skal bli 0.

Da må karbon ha oksidasjonstall +IV, fordi:

📝 Eksempel 3: Finn oksidasjonstallet til nitrogen i NH₄⁺

Hydrogen har vanligvis oksidasjonstall +I.

Det er fire hydrogenatomer: 4 · (+1) = +4.

Hele ionet har ladning +1.

Da må nitrogen ha oksidasjonstall −III, fordi:

🔁 Oksidasjonstall og redoksreaksjoner

Oksidasjonstall er spesielt nyttig når vi arbeider med redoksreaksjoner. Da ser vi på hvordan oksidasjonstallene endrer seg i løpet av reaksjonen.

• Oksidasjon betyr at oksidasjonstallet øker
• Reduksjon betyr at oksidasjonstallet minker

Hvis et stoff får høyere oksidasjonstall, har det avgitt elektroner. Hvis et stoff får lavere oksidasjonstall, har det tatt opp elektroner.

⚡ Eksempel på redoksreaksjon

Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu

• Sink går fra 0 til +II → sink oksideres
• Kobberion går fra +II til 0 → kobberionet reduseres

Her ser vi tydelig hvordan oksidasjonstallene hjelper oss å finne ut hvilket stoff som avgir elektroner, og hvilket stoff som tar opp elektroner.

📊 Oppsummering

• Oksidasjonstall er et hjelpetall som viser elektronfordeling i forbindelser.
• Atomer i rene grunnstoffer har oksidasjonstall 0.
• Summen av oksidasjonstallene i et nøytralt stoff er 0.
• Summen av oksidasjonstallene i et ion er lik ioneladningen.
• Fluor har alltid −I i forbindelser.
• Gruppe 1-metaller har +I, og gruppe 2-metaller har +II.
• Hydrogen har vanligvis +I, mens oksygen vanligvis har −II.
• Oksidasjonstall brukes for å oppdage oksidasjon og reduksjon i kjemiske reaksjoner.

⚡ Hva er elektrokjemi?

Elektrokjemi handler om sammenhengen mellom kjemiske reaksjoner og elektrisk energi. All elektrokjemi bygger på redoksreaksjoner – reaksjoner der elektroner overføres mellom stoffer. …