Oksüdatsioon ja redutseerumine
Redoksreaktsioonides jaotuvad elektronid ümber. Oksüdatsioon tähendab elektronide loovutamist või oksüdatsiooniastme suurenemist; redutseerumine tähendab elektronide vastuvõtmist või oksüdatsiooniastme vähenemist. Need protsessid on lahutamatud, sest elektronid säilivad. Oksüdatsiooniastmed võimaldavad ära tunda redoksi ka põlemises, korrosioonis ja orgaanilistes reaktsioonides, kus vabu elektrone üldvõrrandis ei näidata.
Visuaalne mudel
Interaktiivne mudel
Oksüdeerija ja redutseerija
Redutseerija annab elektrone ja ise oksüdeerub; oksüdeerija võtab elektrone vastu ja ise redutseerub. Reaktsioonis Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu on Zn redutseerija ning Cu²⁺ oksüdeerija. Nimi kirjeldab mõju teisele osapoolele, mitte aine enda muutust, mistõttu on kasulik alati kõigepealt kirjutada, kes elektrone loovutab ja kes neid vastu võtab.
Oksüdatsiooniastmed paljastavad varjatud redoksi
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O korral muutub C oksüdatsiooniaste −4-st +4-ni ning C oksüdeerub; O muutub 0-st −2-ni ja redutseerub. Oksüdatsiooniastmed on formaalne arvestus, mitte alati tegelikud lokaalsed laengud, kuid need jälgivad usaldusväärselt elektronitiheduse nihke suunda paljudes kovalentsetes reaktsioonides.
Poolreaktsioonimeetod happelises keskkonnas
MnO₄⁻ + Fe²⁺ → Mn²⁺ + Fe³⁺ tasakaalustamisel saadakse Fe²⁺ → Fe³⁺ + e⁻ ja MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O. Esimene korrutatakse viiega, poolreaktsioonid liidetakse ja elektronid taandatakse. Lõppkontrollis peab iga elemendi aatomite arv ning kogulaeng mõlemal poolel täpselt võrduma.
Aluseline keskkond ja disproportsioneerumine
Aluselises keskkonnas võib esmalt tasakaalustada nagu happelises, seejärel lisada mõlemale poole OH⁻ iga H⁺ neutraliseerimiseks ning taandada üleliigsed H₂O molekulid. Disproportsioneerumisel sama oksüdatsiooniastmega aine korraga oksüdeerub ja redutseerub. Näites 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂ muutub hapniku aste −1 väärtusteks −2 ja 0. Vastupidist protsessi nimetatakse komproportsioneerumiseks.
Seos elektrokeemiaga
Elektrokeemilises elemendis eraldatakse oksüdatsioon ja redutseerumine ruumiliselt, nii et elektronid liiguvad välisahela kaudu. Sama elektronide ja laengu jäävus, mida kasutame poolreaktsioonide tasakaalustamisel, määrab voolu, elektroodiprotsessid ja raku potentsiaali. Seega ei ole elektrokeemia redoksist eraldi teema, vaid redokselektronide suunatud liikumise praktiline rakendus.
Harjutused
Zn/Cu²⁺
Kes oksüdeerub ja kes redutseerub reaktsioonis Zn + Cu²⁺ → Zn²⁺ + Cu?
Lahendus: Zn loovutab 2e⁻ ja oksüdeerub; Cu²⁺ võtab 2e⁻ vastu ja redutseerub.
Oksüdatsiooniastme muutus
C muutub CH₄-s −4-st CO₂-s +4-ni. Mitme elektroni muutusele see ühe C kohta vastab?
Lahendus: Oksüdatsiooniaste suureneb 8 võrra, seega formaalselt loovutatakse 8e⁻ ühe C aatomi kohta.
Permanganaat happes
Mitu elektroni kulub MnO₄⁻ redutseerimiseks Mn²⁺-ks happelises lahuses?
Lahendus: 5e⁻: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O.