Basiskennis chemie 3/Oxides algemeen

Oxides

Een speciale groep van zouten wordt gevormd door de oxides. In zouten worden de delen van een stof bij elkaar gehouden worden door elektrische positieve en negatieve ladingen. Dat geldt dus ook voor de oxides. Oxides zijn zouten waarbij het negatieve deeltje bestaat uit een of meer zuurstof-ionen.
Zuurstof heeft van zichzelf 8 elektronen. 2 daarvan kunnen in de eerste schil een plaats vinden, de andere 6 zitten in de tweede schil. Deze tweede schil kan 8 elektronen bevatten. Er is dus nog ruimte voor 2 extra elektronen.
De elektronen die zuurstof extra heeft opgenomen zijn afkomstig van het andere deel van het zout, vaak een metaal, soms een niet-metaal.

Bekende oxides zijn roest, water (diwaterstofoxide), ongbluste kalk (calciumoxide), kooldioxide en koolmonoxide.

Zuurstof heeft nog ruimte voor 2 extra elektronen

De term oxidatie is de algemene benaming voor de reactie van een stof met zuurstof. In de scheikunde wordt deze benaming meestal gebruikt voor deze reactie.

Oxideren
Oxidatie

Voor de reactie van ijzer met zuurstof wordt in het gewone spraakgebruik de term roesten gebruikt. Bij het uitleggen wat oxidatie is, wordt de eerste keer meestal naar roesten verwezen. Dat is een proces dat je al kent. In de scheikunde spreken we dan ook over de oxidatie van ijzer.

Roesten

Een tweede speciale vorm van oxidatie is verbranden. In dat geval verloopt de reactie zo heftig dat er vuurverschijnselen (licht, warmte) optreden. De meeste elementen reageren niet met vuurverschijnselen in hun reactie met zuurstof. Meestal gaat dit om de elementen uit de groepen 1 en 2 van het periodiek systeem, of niet-metalen als koolstof (houtskool) of fosfor.

Verbranden

Vorming van oxides

De vorming van oxides uit de elementen is een reactie waarbij elektronen van een atoom aan zuurstof worden overgedragen. Hieronder is de reactie van calcium met zuurstof beschreven.
Vaak is het handig de reactievergelijking in een aantal stappen op te bouwen:

het afstaan van elektronen door calcium. Een dergelijke reactie wordt een halfreactie genoemd: het is maar de helft van de reactie, want er is nog niet verteld wat er met de vrijkomende elektronen gebeurt.
het opnemen van elektronen door zuurstof. Ook dit is een halfreactie: de elektronen komen uit het 'niets' tevoorschijn.
het gelijkmaken van het aantal elektronen dat wordt afgestaan en opgenomen. Elektronen kunnen chemisch niet "los" voorkomen. Ze zijn altijd aan een atoom of ion gebonden.
de uiteindelijke reactievergelijking. Alles wat in de twee halfreacties in stap 3 links van de reactiepijl staat komt bij elkaar te staan en alles wat in die halfreacties rechts staat ook. Het aantal van de verschillende deeltjes voor en na de reactie moet gelijk zijn.
Als dezelfde deeltjes voor én na de reactie voorkomen, worden ze weggelaten.
Vaste stoffen die ontstaan worden niet als losse ionen genoteerd, maar als vaste stof. In dit stadium kunnen ook de toestands-aanduidingen weer geplaatst worden.

Stap 1 ${\ce {Ca \ -> Ca^{2+}\ + 2 e^{-}}}$	Stap 3 ${\ce {2 Ca \ -> 2 Ca^{2+}\ + 4 e^{-}}}$	stap 4 ${\ce {2Ca\ +\ O2\ +\ 4e^{-}\ ->2Ca^{2+}\ +4e^{-}\ +\ 2O^{2-}}}$ stap 5: ${\ce {2Ca\ +\ O2\ ->2Ca^{2+}\ +\ 2O^{2-}}}$ stap 6: ${\ce {2Ca_{(s)}\ +\ O2_{(g)}\ ->2CaO_{(s)}}}$
stap 2 ${\ce {O2 \ + \ 4 e^{-}\ -> \ 2 O^{2-}}}$	stap 3 ${\ce {O2 \ + \ 4 e^{-}\ -> \ 2 O^{2-}}}$

Een andere manier om dit te noteren is de volgende:

Halfreactie	Factor	Reactievergelijking
${\ce {Ca \ -> Ca^{2+}\ + 2 e^{-}}}$	2	${\ce {2Ca \ -> 2Ca^{2+}\ + 4 e^{-}}}$
${\ce {O2 \ + \ 4 e^{-}\ -> \ 2 O^{2-}}}$	1	${\ce {O2 \ + \ 4 e^{-}\ -> \ 2 O^{2-}}}$	+
		${\ce {2Ca\ +\ O2\ +\ 4e^{-}\ ->2Ca^{2+}\ +4e^{-}\ +\ 2O^{2-}}}$ ${\ce {2Ca\ +\ O2\ ->2Ca^{2+}\ +\ 2O^{2-}}}$ ${\ce {2Ca_{(s)}\ +\ O2_{(g)}\ ->2CaO_{(s)}}}$

Reactievergelijking maken
Halfreactie

De factor zorgt er voor dat de aantallen elektronen dat door zuurstof wordt opgenomen gelijk wordt aan het aantal elektronen dat het andere element afstaat. Je gebruikt hier altijd zo klein mogelijke getallen. Het totale aantal elektronen is het kleinste gemene veelvoud van het aantal elektronen dat zuurstof per molecuul opneemt en het aantal dat het andere element afstaat:. Je kunt ook zeggen: het totale aantal elektronen is het kleinste getal dat én voorkomt in de tafel van 4 (zuurstof), én in de tafel van (in dit geval) 2.

Bij de uitwerkingen van opgaven zal de tweede methode gebruikt worden.

Factor
Kleinste gemene veelvoud

Controle: In de reactievergelijking bij stap 6 zijn voor de reactie twee calcium-atomen aanwezig, na de reactie ook. Voor de reactie zijn er in het molecuul zuurstof twee zuurstof-atomen, na de reactie zijn, verdeeld over 2 moleculen calciumoxide met elk één zuurstof-atoom, ook twee zuurstofatomen aanwezig.

Controle

Hieronder volgen nog een aantal voorbeelden van de vorming van oxides uit hun elementen. De reacties zijn meteen als totaal-reactie geschreven. Behalve de reacties van metalen zie je er ook een paar niet-metalen bij. Van beide groepen is uiteraard nog een hele serie meer voorbeelden mogelijk.

1