Hoofdstuk 11: Metalen in actie (Redoxreacties)

Wat is een redoxreactie?

Een reactie tussen een reductor en een oxidator, om een redoxreactie op te stellen gebruik je twee halfreacties. Deze kun je vinden in BINAS 48.

Hoe zie je dat iets een redoxreactie is?
· De ladingen veranderen.
bijv:        Pb → Pb2+         
                Cl2 → 2Cl-
De reacties hierboven zijn halfreacties, er zijn twee halfreacties nodig voor een redoxreactie.

· Elementen ontstaan of verdwijnen
bijv:        2H2 (g) + O2 (g) → 2H2O (l)
Elementen zijn stoffen die je niet kunt ontleden, in de reactie hierboven verdwijnen H2 en O2.

Reductor en oxidator

Een reductor en een oxidator wisselen elektronen uit als deze zich bevinden in een oplossing, waardoor een van de twee stoffen opgelost is en de andere aanwezig in zijn vaste vorm.
Een reductor staat elektronen af, voorbeelden sterke reductors Lithium, Kalium, Barium.
Een oxidator daar in tegen neemt elektronen op, voorbeeld sterke oxidator Fluor.

Elke reductor en oxidator heeft een eigen halfreactie, voor het maken van een redoxreactie heb je twee halfreacties nodig.

Hoe maak je een redoxreactie?

Voor het maken van een redoxreactie heb je twee halfreacties nodig, BINAS 48.
bijv:        Al (s) → Al3+ + 3e-
                H+ + 2e- → H2 (g)
Geef aan welke van de twee de reductor en welke de oxidator is.
bijv:        Al (s) → Al3+ + 3e-           Reductor, staat e- af.
                H+ + 2e- → H2 (g)            Oxidator, neemt e- op.

Controleer of de verhouding tussen het aantal elektronen klopt en schrijf het daarna als een reactie, je schrijft de elektronen niet op.
bijv:        Al (s) → Al3+ + 3e-                 x2
                H+ + 2e- → H2 (g)            x3
                ­­­­­-------------------------------------
                2Al (s) + 3H+ (aq) → 2Al3+ (aq)+ 3H2 (g)

Standaardelektrodepotentiaal

>0 : Oxidators, hoe hoger hoe sterker de oxidator.
<0 : Reductors, hoe lager hoe sterker de reductor.

Wanneer verloopt een redoxreactie?

V0, OX – V0, RED       oftewel:  elektrodepotentiaal van oxidator – elektrodepotentiaal van reductor.

Aflopend            V0, OX – V0, RED       > 0,3 V
Evenwicht          V0, OX – V0, RED          >-0,3 en <0,3 V
Niet                      V0, OX – V0, RED          <-0,3 V

Kenmerkende eigenschappen van metalen

Metalen bezitten een aantal eigenschappen, per metaal verschilt het in hoeverre deze aanwezig zijn. De eigenschappen van een metaal zeggen iets over waar je het metaal voor kan gebruiken.

· een hoog smeltpunt
· metaalglans
· goede geleidbaarheid voor warmte en elektriciteit
· geode vervormbaarheid

Macro en microniveau

De hierboven genoemde eigenschappen, zijn eigenschappen die je zelf kunt waarnemen. Macroniveau, je kan het zien of meten.

Metalen bestaan uit positieve metaalionen en negatieve elektronen, die deeltjes bepalen veel van de eigenschappen van een metaal – dit kun je niet zo zien, het is op microniveau.
In een metaalrooster liggen metaalionen geordend in een regelmatig patroon, rondom is een wolk elektronen aanwezig (deze vrije elektronen horen niet bij een bepaald metaalatoom).
De aantrekkingskracht tussen de positieve atoomresten en de negatieve elektronen heet metaalbinding, deze houdt het metaalrooster bijeen.

Eigenschappen verklaren

Metaalglans: Vrije elektronen nemen energie van het licht dat erop valt op en staan die energie ook weer af, waarbij ze licht uitstralen.
Stroomgeleiding: Elektronen bewegen in de richting van de positieve elektrode als ze stroom geleiden.
Warmtegeleiding: Elektronen gaan sneller bewegen, daarbij botsen ze tegen andere elektronen en geven ze hun energie af, waardoor het metaal opwarmt.
Vervormen:    Is mogelijk doordat de elektronen niet bij een positieve atoomrest horen, de metaalionen kunnen over elkaar heen schuiven. Je verandert de eigenschappen van het metaal niet, het rooster blijft namelijk intact.

Legeringen

Mengsels van metalen, om de gewenste eigenschappen in een metaal te krijgen. De regelmaat van een rooster wordt bijvoorbeeld verstoort door een veel groter metaalion er in te plakken (dit verandert de vervormbaarheid).

Waarom er legeringen gemaakt worden:
· Sterker maken van een metaal
· Smeltpunt beïnvloeden, hoger of lager maken
· Corrosie tegengaan
· Dichtheid
· Uitzetting
· Weerstand
· Kleur

Corrosie

Een (ongewenste) reactie tussen een metaal, lucht en water. De eigenschappen van een metaal kunnen hierdoor sterk veranderen.

Manieren op corrosie tegen te gaan zijn:
· Laagje lak of verf
· Laagje metaal    > Onedeler roest sneller, maar meestal goedkoper   
                               > Edeler roest minder, maar meestal duurder
· Opoffering: een onedeler metaal dat sneller roest plaatsen om een andere stof te beschermen
· Metaal een negatieve lading geven door spanning aan te leggen → verhinder de halfreactie

Elektromagnetische cel

Bestaat uit een reductor (negatieve elektrode) en een oxidator (positieve elektrode) – beide halfcellen. Stroomgeleiding wordt in de stroomdraad door vrije elektronen verzorgd en in de oplossingen en de zoutbrug door ionen. De zoutbrug zorgt ervoor dat de oplossingen van de halfcellen ongeladen blijft.