Hapetus-pelkistysreaktio ( redox-reaktio ) on kemiallinen reaktio , jossa yksi tai useampi elektroni siirtyy kokonaan tai osittain atomilta toiselle. Tallaisessa reaktiossa toinen reaktion osapuolista, elektroneja luovuttava aine, hapettuu ja toinen, elektroneja vastaanottava aine, pelkistyy . Hapettuvaa ainetta kutsutaan pelkistimeksi , koska se pelkistaa toisen aineen, ja pelkistyvaa ainetta hapettimeksi , koska se vastaavasti hapettaa toisen aineen.

Hapetusluku ilmaisee, kuinka monta elektronia atomi on luovuttanut tai vastaanottanut jonkin yhdisteen syntyessa alkuaineistaan. Jos alkuaine on talloin vastaanottanut elektroneja, hapetusluku on negatiivinen.

Hapetus eli hapettuminen on kemiallinen reaktio, jossa aineen hapetusluku kasvaa. Hapettuva aine luovuttaa muodollisesti elektroneja pelkistyvalle aineelle.

Esimerkiksi lyijy (II)ioni voi hapettua lyijy(IV)ioniksi: Pb ²⁺ → Pb ⁴⁺ + 2e ⁻ . Lyijyn hapetusluku kasvaa II:sta IV:ksi.

Hapetus tapahtuu aina samanaikaisesti jonkin toisen aineen pelkistyksen kanssa. Hapettuva aine on toisaalta pelkistin ja pelkistyva aine hapetin . Voimakkaita hapettimia ovat muun muassa otsoni (O ₃ ), typpihappo (HNO ₃ ) ja kaliumpermanganaatti (KMnO ₄ ).

Entisen, suppean maaritelman mukaan hapetus on aineen yhtymista happeen . Esimerkiksi metaanin palaessa metaanissa oleva hiili hapettuu (?IV → +IV) ja happi pelkistyy (0 → ?II) ja toimii siis myos nykyisen maaritelman mukaan hapettimena: CH ₄ + 2 O ₂ → CO ₂ + 2 H ₂ O. Hapen hapetusluku yleensa pienenee hapen yhdistyessa aineeseen, ja toimii nain ollen hapettimena muille paitsi fluorille , silla fluori on happea elektronegatiivisempi .

Orgaanisten yhdisteiden hapettuminen merkitsee yleensa niissa olevan vedyn vahenemista, esimerkiksi alkoholin hapettuessa aldehydiksi , tai hapen maaran lisaantymista, esimerkiksi aldehydin hapettuessa karboksyylihapoksi . Primaarinen alkoholi voidaan hapettaa aldehydiksi, joka voidaan edelleen hapettaa karboksyylihapoksi, esimerkiksi:

2 CH ₃ CH ₂ OH + O ₂ → 2 CH ₃ CHO + 2 H ₂ O

2 CH ₃ CHO + O ₂ → 2 CH ₃ COOH

Sekundaariset alkoholit hapettuvat ketoneiksi . Tertiaariset alkoholit eivat hapetu.

Hapettuminen aiheuttaa usein korroosiota , esimerkiksi raudan ruostuminen johtuu hapettumis-pelkistymisreaktiosta.

Pelkistys eli pelkistyminen on kemiallinen reaktio, jossa hapetusluku pienenee. Pelkistyva aine ottaa muodollisesti vastaan elektroneja hapettuvalta aineelta. Esimerkiksi jodi voi pelkistya jodidi-ioniksi: I ₂ + 2 e ⁻ → 2 I ⁻ . Jodin hapetusluku pienenee talloin 0:sta −I:ksi. Tarkea pelkistyksen kayttotarkoitus on metallien erottaminen malmien metalli yhdisteista . ^[1] Metallia, joka ei ole yhdisteena, on kutsuttu pelkaksi . ^[2]

Pelkistys tapahtuu aina samanaikaisesti jonkin toisen aineen hapetuksen kanssa. Pelkistyva aine on toisaalta hapetin ja hapettuva aine pelkistin . Voimakkaita pelkistimia ovat muun muassa natrium (Na), hydratsiini (N ₂ H ₄ ) ja litiumalumiinihydridi (LiAlH ₄ ).

Metallurgian teollisuuden tarkein pelkistin on hiili , joka hapettuu hiilimonoksidiksi ja edelleen hiilidioksidiksi korkeissa lampotiloissa vapauttaen metallit oksideistaan ja sulfideistaan puhtaiksi metalleiksi. Tama reaktio tapahtuu esimerkiksi masuunissa . Myos vetya ja maakaasua kaytetaan jonkin verran pelkistimena (suorapelkistys). Esimerkki masuunissa tapahtuvasta pelkistymisreaktiosta:

2 Fe ₂ O ₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO ₂

Tassa rauta pelkistyy ja hiili reagoi hapen kanssa ja hapettuu, jolloin muodostuu hiilidioksidia.

Orgaanisessa kemiassa pelkistyksella tarkoitetaan vedyn liittamista molekyyliin ( hydraus ). Esimerkiksi bentseeni voidaan pelkistaa sykloheksaaniksi vetykaasun ja platina -katalyytin avulla:

C ₆ H ₆ + 3 H ₂ → C ₆ H ₁₂

Orgaanisessa kemiassa pelkistavia aineita ovat reagenssit, jotka luovuttavat vetya H ₂ tai hydridi -ioneja (H ^- ). Hydridi-ioneja luovuttavia pelkistavia reagensseja ovat metallihydridit , kuten litiumalumiinihydridi (LiAlH ₄ ) ja natriumborohydridi (NaBH ₄ ). Esimerkiksi karboksyylihappo voidaan pelkistaa litiumalumiinihydridilla aldehydiksi ja edelleen primaariseksi alkoholiksi natriumboorihydridilla ja ketonit sekundaarisiksi alkoholeiksi.

Taydellisesti elektronit siirtyvat alkuaineelta toiselle ioniyhdisteiden reaktioissa tai niiden syntyessa alkuaineistaan. Esimerkiksi hapetus-pelkistysreaktio Cu ²⁺ + Zn → Cu + Zn ²⁺ voidaan jakaa puolireaktioihin :

• Zn → Zn ²⁺ + 2 e ⁻ (hapetus)
• Cu ²⁺ + 2 e ⁻ → Cu (pelkistys).

Puolireaktiot tapahtuvat yhta aikaa, joten yhteenlasketussa kokonaisreaktiossa ei nay elektroneja .

Myos monia kovalenttisten yhdisteiden reaktioita voidaan pitaa hapetus-pelkistysreaktioina. Vaikka elektronit eivat talloin taydellisesti siirrykaan atomilta toiselle, on sidokseen osallistuvista alkuaineista yleensa jompikumpi elektronegatiivisempi kuin toinen eli silla on suurempi kyky vetaa yhteisia elektroneja puoleensa. Taten voidaan elektronien katsoa osittain siirtyneen talle alkuaineelle.

Esimerkiksi hiilen palaminen eli hiilidioksidin syntyminen alkuaineistaan on hapetus-pelkistysreaktio. Hiilidioksidissa hiiliatomilla on kaksi yhteista elektroniparia kummankin happiatomin kanssa, mutta koska happi on elektronegatiivisempi, voidaan naiden katsoa osittain siirtyvan hiilelta hapelle. Toisin sanoen tassa reaktiossa hiili hapettuu eli toimii pelkistimena, kun taas happi pelkistyy eli toimii hapettimena.

Hapetus-pelkistysreaktiota sovelletaan esimerkiksi sahkoparistossa . Paristossa tapahtuvassa hapetus-pelkistysreaktiossa siirtyy elektroneja, mika synnyttaa sahkovirran .

Liuoksen tai sulaneen aineen lapi johdetun sahkovirran avulla monet hapetus-pelkistysreaktiot on myos mahdollista saada tapahtumaan painvastaiseen suuntaan kuin ne muutoin tapahtuisivat. Ilmiota sanotaan elektrolyysiksi .

Haitallisia hapetus-pelkistysreaktioita taas tapahtuu korroosion yhteydessa. Tasta nakokulmasta katsoen sahkoparistoissa tapahtuu galvaanista korroosiota .

• Redoxpotentiaali

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta Hapetus-pelkistysreaktio Wikimedia Commonsissa