Oksüdeeriv aine (oksüdant): määratlus, näited ja keemilised omadused

"Oksüdeerival ainel võib olla kaks tähendust.

See võib olla kemikaal, mis vabastab hapniku aatomeid. Näiteks kaaliumkloraadi keemiline valem on KClO₃ . Kui see oksüdeerib redutseerivat ainet, näiteks alumiiniummetallipulbrit, kaotab ta oma hapniku alumiiniumile ja muutub kaaliumkloriidiks, KCl.

Teine määratlus on kemikaal, mis võtab redutseerivalt ainelt elektrone vastu. Näiteks kaaliumpermanganaadi oksüdatsiooniaste on +7. Happelises lahuses saab see 5 elektroni (e^- ), muutudes mangaaniühendiks, mille oksüdatsiooniaste on +2. Enamikul teise (elektroni vastuvõtvatest) määratluse oksüdeerijatest on hapnik, kuid mitte kõigil. Näiteks fluor (F ), kõige tugevam oksüdeeriv aine, ei sisalda hapnikku.₂ Kui ta toimib oksüdeeriva ainena, siis ta saab elektroni, et minna oksüdatsiooniastmest 0 oksüdatsiooniastmesse -1. Oksüdatsioon on elektronide võitmine ja me võime seda meenutada LEO-GERist: Elektronide kaotamine oksüdatsioon ja elektronide võitmine reduktsioon.

Määratluste selgitus

Oksüdeeriv aine (oksüdant) võib seega tähendada kas:

ainet, mis annab teisele ainele hapnikku või muud oksüdeerivat elementi (oksüdeerib läbi hapnikuülekande), või
ainet, mis aktsepteerib elektrone — ehk elektronide vastuvõtja redoksreaktsioonis.

Keemias on need kaks vaatenurka tihti omavahel seotud: ained, mis sisaldavad kõrge oksüdatsioonastmega elemente (nt Mn⁺⁷ permanganaadis), saavad kergesti elektrone vastu võtta ja sageli ka anda hapnikku. Kuid mõnel oksüdeerijal, näiteks fluor, ei ole hapnikku — tähtis on elektroni vastuvõtmise võime ehk redutseeruvus.

Keemilised näited ja reaktsioonid

Praktilised näited aitavad mõista:

Kaaliumkloraat: KClO₃ võib oksüdeerida alumiiniummetallipulbrit. Üks lihtsustatud tasakaalustatud reaktsioon on:
KClO₃ + 2 Al → KCl + Al₂O₃.
Selles näites annab kaaliumkloraat alumiiniumile oksügeeni (või vastuvõtab elektrone alumiiniumilt) ning ise redutseerub kaaliumkloriidiks (KCl).
Kaaliumpermanganaat happer lahuses: permanganaadi ioon (MnO₄^-) redutseerub sageli mangaani(II)-iooniks (Mn²⁺) vastuvõttes 5 elektroni. Happelises lahuses kirjeldatakse seda poolreaktsiooni tavaliselt nii:
MnO₄^- + 8 H⁺ + 5 e^- → Mn²⁺ + 4 H₂O.
Fluor: molekulaarne fluor (F₂) omab väga suurt elektronivõimet ja redutseerub kergesti: F₂ + 2 e^- → 2 F^-.

Oksüdeerijate omadused ja tugevus

Tugevus kui oksüdeerijana sõltub aine standardpotentsiaalist (võimest saada elektrone) — mida rohkem positiivne on redutseerimis-potential, seda tugevam oksüdeerija. Näited tugevamatest oksüdeerijatest: O₂, H₂O₂, KMnO₄, KClO₃, HNO₃, halogeenid (eriti F₂).

Oksüdeerijad võivad toimida:

hapnikuallikana (anda O või O-ühikuid), või
otsese elektronide vastuvõtjana (redutseeruda ise) ilma hapnikuta.

Kasutusvaldkonnad ja ohutus

Oksüdeerijaid kasutatakse laialdaselt: desinfektsioonis ja vee puhastamises (kloor, peroksiidid), valgendites (peroksiidid), sünteesireaktsioonides (oksüdeerimised orgaanilises keemias), propellandina ja pirotehnikas (kloraadid, perkloraadid). Samal ajal on neil olulised ohutusnõuded:

Oksüdeerijad kiirendavad või põhjustavad kergesti põlemist ja võivad vigastada kokkupuutel orgaaniliste materjalidega — hoidke neid eraldi põlevatest ja redutseerivatest ainetest.
Paljud oksüdeerijad on korrosiivsed ja toksilised; käitlemisel kasutage sobivaid isikukaitsevahendeid (kinnased, kaitseprillid, ventilatsioon).
Laos ja transpordil järgida klassifitseerimis- ja märgistamisnõudeid (UN-klassid jm), hoida jahedas ja kuivas kohas ning vältida saastumist orgaaniliste jääkidega.

Kokkuvõte

Oksüdeeriv aine tähendab kas ainet, mis annab hapnikku (või muud oksüdeerivat elementi) või ainet, mis võtab teiselt aineelt elektrone vastu. Mõlemad vaatenurgad on redoksreaktsioonide selgitamisel kasulikud. Praktikas on oluline mõista konkreetse oksüdeerija mehhanismi (hapnikuülekanne vs elektronide vastuvõtt), tema tugevust ning ohutusnõudeid, sest oksüdeerijad võivad olla väga reaktiivsed ja ohtlikud, kui neid ei käsitleta ettevaatlikult.

Näited

Fluor
Kloor
Kaaliumnitraat
Lämmastikhape
Kaaliumkloraat

Seotud leheküljed

Oksüdeerumine
Vähendamine
Redutseerija

Küsimused ja vastused

K: Mida võib tähendada oksüdeeriv aine?

V: Oksüdeerijal võib olla kaks tähendust. See võib olla kemikaal, mis vabastab hapniku aatomeid, või kemikaal, mis võtab redutseerivalt ainelt elektrone vastu.

K: Kas saate tuua näite oksüdeeriva aine kohta, mis vabastab hapniku aatomeid?

V: Jah, näide oksüdeerivast ainest, mis vabastab hapniku aatomeid, on kaaliumkloraat (KClO3).

K: Mis juhtub kaaliumkloraadiga, kui ta oksüdeerib redutseerivat ainet?

V: Kui kaaliumkloraat oksüdeerib redutseerivat ainet, näiteks alumiiniummetallipulbrit, kaotab ta hapniku alumiiniumile ja muutub kaaliumkloriidiks (KCl).

K: Kas te oskate tuua näite oksüdeeriva aine kohta, mis võtab redutseerivalt ainelt elektrone vastu?

V: Jah, näide oksüdeerivast ainest, mis võtab redutseerivalt ainelt elektrone vastu, on kaaliumpermanganaat.

K: Mis juhtub kaaliumpermanganaadiga happelises lahuses?

V: Happelises lahuses saab kaaliumpermanganaat 5 elektroni (e-), mis viib tema oksüdatsiooniastme +7-lt +2-le, kuna ta muutub mangaaniühendiks.

K: Kas enamikul teise määratluse oksüdeerivatest ainetest on hapnikku?

V: Enamikul teise määratluse oksüdeerivatest ainetest on hapnikku, kuid mitte kõigil.

K: Milline on kõige tugevam oksüdeeriv aine?

V: Fluor (F2) on kõige võimsam oksüdeeriv aine. Kui see toimib oksüdeeriva ainena, saab ta elektroni, et minna oksüdatsiooniastmelt 0 üle oksüdatsiooniastmele -1.