1.3-Effects of Oxidation

1.3-Effects of Oxidation Important Formulae

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Oxidation is a chemical process that involves the loss of electrons by a substance. It plays a significant role in various chemical reactions and has several effects, both beneficial and detrimental, in our everyday lives.

1.3.1 Definition of Oxidation

Oxidation traditionally refers to the reaction of a substance with oxygen, but it is more broadly defined as the loss of electrons or an increase in oxidation state. In many reactions, oxidation occurs simultaneously with reduction, where another substance gains electrons.

1.3.2 Everyday Examples of Oxidation
  • Rusting of Iron: Iron reacts with oxygen and moisture in the air to form iron oxide (rust). This process can be represented as:
    • 4Fe + 3O2 + 6H2O → 4Fe(OH)3
  • Combustion: The burning of fuels such as wood or gasoline involves oxidation. For example:
    • CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O
  • Respiration: The process by which living organisms convert glucose and oxygen into energy involves oxidation:
    • C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energy
1.3.3 Effects of Oxidation

The effects of oxidation can be categorized into several areas:

1.3.3.1 Positive Effects
  • Energy Production: Oxidation reactions are fundamental in generating energy in biological systems and power plants.
  • Manufacturing: Oxidation is used in the production of various materials, such as in the synthesis of chemicals and the manufacture of metals.
  • Food Preservation: Some oxidation reactions help in the preservation of food by inhibiting the growth of microorganisms.
1.3.3.2 Negative Effects
  • Corrosion: The oxidation of metals leads to corrosion, which weakens structures and machinery. For example, rusting of iron can cause significant damage to buildings and vehicles.
  • Environmental Pollution: Oxidation reactions can produce harmful pollutants, such as nitrogen oxides and sulfur dioxide, contributing to air pollution and acid rain.
  • Health Issues: Oxidative stress in the body, caused by excessive oxidation, can lead to cellular damage and is associated with various diseases, including cancer and heart disease.
1.3.4 Prevention of Unwanted Oxidation

To mitigate the negative effects of oxidation, several methods can be employed:

  • Protective Coatings: Applying paints or coatings to metal surfaces can prevent rusting by creating a barrier against moisture and oxygen.
  • Antioxidants: In biological systems, antioxidants neutralize free radicals and reduce oxidative stress.
  • Controlled Environments: Storing reactive materials in inert atmospheres can help prevent unwanted oxidation reactions.
1.3.5 Conclusion

Understanding the effects of oxidation is crucial in various fields, including chemistry, biology, and environmental science, as it influences both natural processes and industrial applications.

1.3 - Effects of Oxidation

ऑक्सीकरण रासायनिक अभिक्रिया की एक महत्वपूर्ण प्रक्रिया है, जिसमें किसी पदार्थ का ऑक्सीजन के साथ संयोजन होता है या इलेक्ट्रॉनों का हानि होती है। ऑक्सीकरण का प्रभाव विभिन्न परिस्थितियों में देखा जा सकता है।

ऑक्सीकरण के प्रभाव

ऑक्सीकरण के कुछ सामान्य प्रभाव निम्नलिखित हैं:

  1. जंग लगना (Rusting): जब लोहा (iron) या उसकी मिश्रधातु वायुमंडलीय ऑक्सीजन और नमी के संपर्क में आती है, तो यह ऑक्सीकरण प्रक्रिया में भाग लेती है। परिणामस्वरूप, लोहे पर लाल या भूरे रंग की जंग (Fe$_2$O$_3$·xH$_2$O) बन जाती है।
  2. फल और सब्जियों का भूरा होना: कुछ फल और सब्जियाँ जैसे सेब, आलू आदि कटने के बाद भूरा पड़ जाती हैं, क्योंकि इनमें उपस्थित एंजाइम्स ऑक्सीजन के संपर्क में आकर रासायनिक प्रतिक्रिया करते हैं, जिससे रंग बदलता है। इस प्रक्रिया को एंजाइमेटिक ऑक्सीकरण कहा जाता है।
  3. स्वर्ण का ऑक्सीकरण नहीं होता: स्वर्ण, जो एक सक्रिय धातु नहीं है, ऑक्सीकरण के प्रभाव से मुक्त रहता है। यही कारण है कि स्वर्ण के गहनों पर कभी जंग नहीं लगती।
  4. खाद्य पदार्थों का अपघटन: ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में खाद्य पदार्थों का अपघटन भी शामिल होता है। उदाहरण के लिए, ताजे खाद्य पदार्थों में ऑक्सीकरण के कारण विटामिन C और अन्य पोषक तत्व कम हो सकते हैं।
  5. उदाहरण:
    • ऑक्सीकरण का एक उदाहरण विद्युत रासायनिक क्रिया में देखा जा सकता है, जैसे कि बैटरी के अंदर। यहां, लोहा (Fe) ऑक्सीकरण द्वारा लोहा आयन (Fe$^{2+}$) में बदल जाता है।
    • मैंगनीज डाइऑक्साइड (MnO$_2$) की ऑक्सीकरण प्रक्रिया में, MnO$_2$ और H$_2$O$^+$ से Mn$^{3+}$ आयन बनते हैं।
ऑक्सीकरण की रासायनिक अभिक्रियाएँ

ऑक्सीकरण का वर्णन रासायनिक समीकरणों के माध्यम से किया जा सकता है:

1. Fe + O$_2$ → Fe$_2$O$_3$
2. 4Fe + 3O$_2$ → 2Fe$_2$O$_3$

यह प्रक्रिया लोहे के ऑक्सीकरण को दिखाती है, जिसमें ऑक्सीजन लोहे के साथ मिलकर लोहे की जंग (Fe$_2$O$_3$) बनाती है।

ऑक्सीकरण के उदाहरण और प्रभाव
  • पेट्रोलियम का दहन: पेट्रोलियम का दहन प्रक्रिया एक ऑक्सीकरण प्रक्रिया है। जब पेट्रोल जलता है, तो यह ऑक्सीजन के साथ मिलकर CO$_2$ और H$_2$O उत्पन्न करता है।
  • दूध का खट्टा होना: दूध का खट्टा होना भी ऑक्सीकरण का एक उदाहरण है। इसमें दूध में उपस्थित लैक्टोज (Lactose) ऑक्सीजन के संपर्क में आकर लैक्टिक एसिड (C$_3$H$_6$O$_3$) में परिवर्तित होता है।
ऑक्सीकरण के प्रभावों की भूमिका

ऑक्सीकरण के प्रभाव हमारे दैनिक जीवन में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं। ऑक्सीकरण की प्रक्रिया में कई रासायनिक प्रतिक्रियाएं होती हैं, जो हमारे आसपास के पर्यावरण में परिवर्तन लाती हैं। इस प्रक्रिया को नियंत्रित करने के लिए रासायनिक अवरोधक, जैसे कि एंटीऑक्सीडेंट्स, का उपयोग किया जाता है।

ऑक्सीकरण का यह प्रभाव विशेष रूप से जैविक प्रक्रियाओं में और औद्योगिक क्रियाओं में भी देखा जाता है, जैसे कि खनिजों का अवलोकन, और विभिन्न धातुओं की जंग लगने की प्रक्रिया।

Why does the colour of copper sulphate solution change when an iron nail is dipped in it?

Solution:

Reason for Colour Change in Copper Sulphate Solution with Iron Nail

When an iron nail is dipped in copper sulphate (CuSO4) solution, a chemical reaction occurs. Iron (Fe) is more reactive than copper (Cu), so it displaces copper from the solution, forming iron sulphate (FeSO4). This reaction can be represented as Fe + CuSO4 → FeSO4 + Cu. The blue colour of copper sulphate fades as iron sulphate is formed, which is usually greenish in colour. Meanwhile, copper is deposited on the iron nail as a reddish-brown coating, indicating that a displacement reaction has taken place.

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Give an example of a double displacement reaction other than the one given in Activity 1.10.

Solution:

Example of a Double Displacement Reaction
A double displacement reaction occurs when the ions of two compounds exchange places to form two new compounds. One common example of such a reaction is the reaction between sodium sulfate (Na₂SO₄) and barium chloride (BaCl₂). When these two solutions are mixed, barium sulfate (BaSO₄) and sodium chloride (NaCl) are formed. The chemical equation for this reaction is: Na₂SO₄ (aq) + BaCl₂ (aq) → BaSO₄ (s) + 2NaCl (aq) In this reaction, barium sulfate precipitates out as a solid, while sodium chloride remains in the solution.

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Identify the substances that are oxidised and the substances that are reduced in the following reactions. 

(i) 4Na(s) + O$_2$(g) → 2Na$_2$O(s)

(ii) CuO(s)+H$_2$(g)→Cu(s)+H$_2$O(l)

Solution:

Identification of Oxidised and Reduced Substances
In the given reactions, oxidation and reduction occur simultaneously: (i) 4Na(s) + O₂(g) → 2Na₂O(s) - Sodium (Na) is oxidised as it loses electrons to form Na⁺ ions. - Oxygen (O₂) is reduced as it gains electrons to form O²⁻ ions. (ii) CuO(s) + H₂(g) → Cu(s) + H₂O(l) - Hydrogen (H₂) is oxidised as it loses electrons to form H⁺ ions, producing water. - Copper oxide (CuO) is reduced as copper (Cu²⁺) gains electrons to form copper (Cu).

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