Verschil tussen hydrogenering en reductie

Belangrijkste verschil - Hydrogenatie versus reductie

Hydrogenering en reductiereacties zijn verwante chemische processen. Hydrogenatie is een vorm van reductie. Reductie heeft drie verschillende definities: afname van het oxidatiegetal, zuurstofverlies en het winnen van waterstof. De meest acceptabele definitie is de afname van het oxidatiegetal. De derde definitie (het verkrijgen van waterstof) past bij de definitie van hydrogenering. Echter, hydrogenering vereist in wezen een katalysator, terwijl reductie geen katalysator vereist, tenzij het een hydrogenering is. Dit is de grootste verschil tussen hydrogenering en reductie.

Key Areas Covered

1. Wat is Hydrogenatie
      - Definitie, mechanisme
2. Wat is reductie
     - Definitie, uitleg, voorbeelden
3. Wat is de relatie tussen hydrogenering en reductie
4. Wat is het verschil tussen hydrogenering en reductie
     - Vergelijking van belangrijke verschillen

Sleutelbegrippen: katalysator, hydrogenering, nikkel, oxidatie, oxidatiegetal, palladium, platina, redoxreacties, reductie, verzadiging, onverzadigd

Wat is Hydrogenatie

Hydrogenatie is een chemische reactie tussen moleculaire waterstof (H.₂) en een andere chemische soort. Een hydrogenering vindt gewoonlijk plaats in aanwezigheid van een katalysator zoals nikkel, palladium of platina en hun oxiden. Hydrogenering wordt gebruikt voor de reductie en verzadiging van een chemische verbinding. Er kunnen twee soorten hydrogenering zijn:

1. Toevoeging van waterstof aan een dubbele binding of drievoudige binding in een verbinding
2. Toevoeging van waterstof dat dissociatie van het molecuul veroorzaakt

Bijna alle organische verbindingen bestaande uit dubbele bindingen of drievoudige bindingen kunnen reageren met moleculaire waterstof in de aanwezigheid van een katalysator. De hydrogeneringsreactie is van groot belang voor industriële syntheseprocessen; in de aardolie-industrie bijvoorbeeld, wordt hydrogenering gebruikt voor de productie van benzine en verschillende petrochemicaliën.

Mechanisme van hydrogenering

Bij het beschouwen van het mechanisme van hydrogenering, zijn er drie hoofdcomponenten die moeten worden beschouwd. Ze zijn het onverzadigde substraat, waterstofbron en een katalysator. De temperatuur en druk van het systeem kunnen variëren afhankelijk van het substraat en de gebruikte katalysator.

De waterstofbron is vaak zelf waterstofgas. Het is in de handel verkrijgbaar in onder druk staande cilinders. De substraten voor hydrogenering kunnen alkenen, alkynen, aldehyden, alcoholen, ketonen, esters, carbonzuren en nitroverbindingen zijn. Katalysatoren worden in twee typen als homogene katalysatoren en heterogene katalysatoren gevonden. Het verschil tussen homogene en heterogene katalysatoren is dat homogene katalysatoren oplossen in de oplossing die het substraat bevat, terwijl heterogene katalysatoren in die oplossing worden gesuspendeerd.

Figuur 1: Mechanisme van hydrogenering

Hydrogenering die optreedt in vaste stoffen (heterogene katalysator) wordt verklaard door het Horiuti-Polanyi-mechanisme. Het vermeldt de volgende stappen.

1. Binding van de onverzadigde binding en atomaire waterstof (van dissociatie van moleculaire waterstof) aan het oppervlak van de katalysator.
2. Toevoeging van één waterstofatoom aan de onverzadigde binding. Deze stap is omkeerbaar.
3. Toevoeging van een tweede waterstofatoom; dit is onomkeerbaar.

Maar in hydrogeneringsprocessen waarbij homogene katalyse betrokken is, bindt het metaal aan beide componenten om een ​​tussenproduct alkeenmetaal te geven (H)₂ complex.

Wat is reductie

Reductie is het verlagen van het oxidatiegetal van een chemische soort. Het wordt meestal gedaan door toevoeging van elektronen. Een reductiereactie is een halve reactie die parallel aan een oxidatiereactie optreedt in redoxreacties. Oxidatiereactie verhoogt het oxidatiegetal. Daarom is reductie het tegenovergestelde van oxidatie.

Maar in sommige reacties verwijzen oxidatie en reductie respectievelijk naar de toevoeging of verwijdering van zuurstof. Hier is oxidatie de winst van zuurstof, terwijl reductie het verlies van zuurstof is. Een andere oudere definitie voor oxidatie en reductie betreft de overdracht van waterstof. Hier is oxidatie het verlies van waterstof, terwijl reductie de winst van waterstof is. Volgens de algemeen aanvaarde definities is oxidatie echter bekend als de toename van de oxidatietoestand, terwijl reductie bekend staat als de afname van de oxidatietoestand.

Figuur 2: Redox-reacties

De reductie kan een van de volgende drie verschijnselen zijn.

1. Het verlagen van het oxidatiegetal van een positieve naar een negatieve waarde
2. Het verlagen van het oxidatie-getal van een positieve waarde naar nul
3. Het verlagen van het oxidatie-getal van nul naar een negatieve waarde.

Voorbeelden

Enkele veelvoorkomende voorbeelden van reductiereacties:

• Reductie van ijzer (III) voor strijken (II):
• Reductie van H⁺ naar H₂
• Reductie van Cu⁺² naar Cu

Relatie tussen hydrogenering en reductie

• Hydrogenering is een soort reductiereactie. Een van de drie definities van reductie geeft aan dat winst van waterstof een reductie is.

Verschil tussen hydrogenering en reductie

Definitie

hydrogenering: Hydrogenatie is een chemische reactie tussen moleculaire waterstof (H.₂) en een andere chemische soort.

Vermindering: Reductie is de afname van het oxidatiegetal van een chemische soort.

Mechanisme

hydrogenering: Hydrogenatie is in wezen de toevoeging van waterstof.

Vermindering: Reductie is de afname van het oxidatiegetal; verlies van zuurstof; het winnen van waterstof.

Components

hydrogenering: Verbindingen die dubbele bindingen of drievoudige bindingen bevatten zullen hydrogenering ondergaan.

Vermindering: Chemische soorten met een hoger oxidatiegetal kunnen een reductie ondergaan.

Catalyst

hydrogenering: Hydrogenering vereist een katalysator als een essentiële component.

Vermindering: Reductiereactie vereist geen katalysator tenzij het een hydrogenering is.

Conclusie

Hydrogenering is een soort reductiereactie. Het wordt gebruikt om onverzadigde verbindingen om te zetten in verzadigde verbindingen. Reductie verwijst naar het verlagen van het oxidatiegetal van een chemische soort. Het gebeurt altijd parallel aan een oxidatiereactie. Het belangrijkste verschil tussen hydrogenering en reductie is dat hydrogenering in wezen een katalysator vereist, terwijl reductie geen katalysator vereist tenzij het een hydrogenering is.

Referentie:

1. Helmenstine, Anne Marie. "Reduction Definition in Chemistry." ThoughtCo, 3 september 2017, hier beschikbaar.
2. Libretexts. "Definities van oxidatie en reductie." Chemistry LibreTexts, Libretexts, 2 mei 2016, hier beschikbaar.
3. "Hydrogenation." Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, inc., 1 mei 2017, hier beschikbaar.

Afbeelding met dank aan:

1. "Mechanisme met betrekking tot Palladium Hydrogenation" door Wesleye1000 - Eigen werk (CC BY-SA 4.0) via Commons Wikimedia
2. "Redoxhelften" door Cameron Garnham - Eigen werk (CC BY-SA 3.0) via Commons Wikimedia