Oxidation – når et stof afgiver elektroner

Oxidation betyder i moderne kemi, at et stof afgiver elektroner. Det modsatte, reduktion, er at optage elektroner, og de to processer sker altid samtidig i en såkaldt redoxreaktion. Ordet har en ældre betydning, som stadig lever i hverdagssproget: at et stof reagerer med ilt.

Hvad er oxidation kemisk?

Et stof oxideres, når det afgiver elektroner til et andet stof. Samtidig stiger oxidationstallet hos det atom, der mister elektroner. Definitionen kræver ikke, at der er ilt med i reaktionen: når natrium reagerer med klor og danner natriumchlorid, oxideres natrium, fordi hvert atom afgiver ét elektron.

Oxidation er grundlaget for emnet på dette site. En antioxidant er et stof, der hæmmer eller forsinker oxidationen af et andet stof, og mange antioxidanter er selv lette at oxidere. Hvordan det foregår, står under sådan virker en antioxidant.

Oprindelig betydning: reaktion med ilt

Oxidation betød oprindeligt, at et stof forbinder sig med ilt og danner et oxid. Reduktion betegnede omvendt det massetab, der opstår, når en metalmalm opvarmes, så metallet udvindes. Antoine Lavoisier viste, at massetabet skyldes ilt, der forsvinder som gas.

I 1774 opvarmede han tin og bly i lukkede kar og bekræftede, at vægtforøgelsen skyldtes, at metallerne havde forbundet sig med luft. I 1778 gav han ilt navnet oxygen, afledt af et græsk ord for „syredanner“. Han mente, at ilt indgår i alle syrer, og det viste sig senere ikke at holde.

Senere blev det klart, at metalatomer i malmen optager elektroner, og at selve elektronoverførslen er det væsentlige. Betegnelsen redox, en sammentrækning af reduktion og oxidation, blev indført i 1928.

Forskellen på oxidation og reduktion

	Oxidation	Reduktion
Elektroner	afgives	optages
Oxidationstal	stiger	falder
Stoffet kaldes	reduktionsmiddel (oxideres selv)	oxidationsmiddel (reduceres selv)

På engelsk bruges huskereglen OIL RIG: Oxidation Is Loss, Reduction Is Gain. Elektronerne forsvinder ikke, men går fra ét stof til et andet, og derfor kan man aldrig have den ene proces uden den anden.

Et oxidationsmiddel tager elektroner fra et andet stof og bliver selv reduceret. Ilt og hydrogenperoxid er almindelige oxidationsmidler. Et reduktionsmiddel afgiver elektroner og bliver selv oxideret. Ascorbinsyre er et mildt reduktionsmiddel. At mange antioxidanter er reduktionsmidler, hænger sammen med, at de oxideres let og dermed kan tage over for det stof, der skal bevares.

Eksempel: rust

Jern og ilt (forenklet)

4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃

Jern: oxidationstal 0 → +3, så jern oxideres og afgiver tre elektroner pr. atom. Ilt: 0 → −2, så ilt reduceres og optager to elektroner pr. atom. I alt 12 elektroner flyttes fra jernet til ilten.

Rust består i virkeligheden af jernoxider med bundet vand, men reaktionen viser princippet.

Oxidationstal

Oxidationstal (også kaldet oxidationstrin) er en regnemæssig model, der holder styr på elektronerne i en reaktion. Tallet er den ladning, et atom ville have, hvis alle dets bindinger var rent ioniske, og ikke atomets faktiske ladning. Reglerne er:

• Et frit grundstof har oxidationstal 0.
• En monoatomar ion har et oxidationstal, der svarer til ladningen. I KCl er kalium +1 og klor −1.
• Brint er normalt +1 og ilt normalt −2. Der er undtagelser, fx i peroxider.
• Summen af oxidationstallene er 0 i et neutralt molekyle og lig med ladningen i en ion.

Med reglerne kan man regne sig frem. I vand (H₂O) giver 2 · (+1) + (−2) = 0. I kuldioxid (CO₂) har ilt −2, så kulstof må have +4. I Fe₂O₃ har ilt −2 tre gange, så de to jernatomer må dele +6 og har +3 hver. Stiger oxidationstallet for et atom, er atomet oxideret. Falder det, er atomet reduceret.

Hverdagseksempler på oxidation

Eksempel	Hvad oxideres	Kort kemi
Rust	jern	Jern afgiver elektroner og danner jernoxider sammen med ilt.
Forbrænding	kulstof og brint i brændstoffet	Stofferne reagerer med ilt og danner kuldioxid og vand, og der frigøres varme.
Anløbet sølv	sølv	Sølv reagerer med svovlforbindelser i luften, især hydrogensulfid, og får en mørk belægning.
Brunt æble	phenolforbindelser i frugtkødet	Et enzym og ilt omdanner phenolerne til quinoner, som slutter sig sammen til brune melaniner.
Harsk olie	umættede fedtsyrer	Ilt reagerer i en radikal kædereaktion, så der dannes hydroperoxider, som igen spaltes til flygtige aldehyder og ketoner.

De to sidste eksempler hører til fødevarekemien. Brunfarvningen er beskrevet under brune æbler og avocado, og fedtets oxidation under harskning. Begge forløb involverer reaktive mellemprodukter. Dem handler frie radikaler om.

Oxidation er ikke altid uønsket

Oxidation er et kemisk begreb og ikke en værdidom. Forbrænding og rust er oxidation, og det samme gælder den enzymatiske brunfarvning, der er en ønsket del af farve og smag i fx te, kakao og rosiner. Det er først i fødevarer, olier og materialer, hvor oxidation ændrer smag, lugt, farve eller styrke på en uønsket måde, at man tilsætter antioxidanter. Et overblik over stofferne findes i listen over antioxidanter, og hele emnet er samlet på forsiden om antioxidanter.