Atskirų atomų ir jonų redoksinės savybės yra svarbi šiuolaikinės chemijos problema. Ši medžiaga padeda paaiškinti elementų ir medžiagų aktyvumą, atlikti išsamų skirtingų atomų cheminių savybių palyginimą.
Kas yra oksidatorius
Daugelis chemijos užduočių, įskaitant vieningo valstybinio egzamino 11 klasėje ir OGE 9 klasėje testų klausimus, yra susiję su šia koncepcija. Oksidatoriumi laikomi atomai arba jonai, kurie cheminės sąveikos procese priima elektronus iš kito jono ar atomo. Jei analizuosime atomų oksidacines savybes, mums reikia periodinės Mendelejevo sistemos. Lentelėje iš kairės į dešinę išdėstytais laikotarpiais didėja atomų oksidacinis gebėjimas, tai yra, keičiasi panašiai kaip nemetalinės savybės. Pagrindiniuose pogrupiuose šis parametras mažėja iš viršaus į apačią. Tarp stipriausių paprastų oksiduojančių medžiagų pirmauja fluoras. Toks terminas kaip „elektronegatyvumas“, tai yra, atomo gebėjimas priimti cheminės sąveikos atvejuelektronai, gali būti laikomi oksiduojančių savybių sinonimu. Tarp sudėtingų medžiagų, kurias sudaro du ar daugiau cheminių elementų, gali būti laikomos ryškios oksiduojančios medžiagos: kalio permanganatas, kalio chloratas, ozonas.
Kas yra reduktorius
Atomų redukuojančios savybės būdingos paprastoms medžiagoms, kurios pasižymi metalinėmis savybėmis. Periodinėje lentelėje metalo savybės periodais silpnėja iš kairės į dešinę, o pagrindiniuose pogrupiuose (vertikaliai) didėja. Atsigavimo esmė yra elektronų, esančių išoriniame energijos lygmenyje, grąžinimas. Kuo didesnis elektronų apvalkalų (lygių) skaičius, tuo lengviau atiduoti „papildomus“elektronus cheminės sąveikos metu.
Aktyvieji (šarminiai, šarminių žemių) metalai turi puikias redukcines savybes. Be to, medžiagos, pasižyminčios panašiais parametrais, išskiriame sieros oksidą (6), anglies monoksidą. Norint pasiekti maksimalią oksidacijos būseną, šie junginiai turi turėti redukuojančių savybių.
Oksidacijos procesas
Jei cheminės sąveikos metu atomas arba jonas kitam atomui (jonui) atiduoda elektronus, kalbame apie oksidacijos procesą. Norint išanalizuoti, kaip keičiasi redukcinės savybės ir oksidacinė galia, jums reikės periodinės elementų lentelės, taip pat žinių apie šiuolaikinius fizikos dėsnius.
Atkūrimo procesas
Redukcijos procesai apima bet kurio iš jonų priėmimąelektronų atomai iš kitų atomų (jonų) tiesioginės cheminės sąveikos metu. Puikios reduktorius yra nitritai, šarminių metalų sulfitai. Elementų sistemoje redukuojančios savybės kinta panašiai kaip paprastų medžiagų metalinės savybės.
OVR analizavimo algoritmas
Kad mokinys galėtų sudėti koeficientus baigtoje cheminėje reakcijoje, reikia naudoti specialų algoritmą. Redokso savybės taip pat padeda išspręsti įvairias skaičiavimo problemas analitinės, organinės ir bendrosios chemijos srityse. Siūlome bet kokios reakcijos analizavimo tvarką:
- Pirma, svarbu pagal taisykles nustatyti kiekvieno turimo elemento oksidacijos būseną.
- Toliau reakcijoje dalyvauja tie atomai arba jonai, kurie pakeitė savo oksidacijos būseną.
- Minuso ir pliuso ženklai rodo laisvųjų elektronų, duotų ir gautų cheminės reakcijos metu, skaičių.
- Toliau, tarp visų elektronų skaičiaus, nustatomas mažiausias bendras kartotinis, tai yra sveikasis skaičius, kuris be likučio dalinamas iš gautų ir duotųjų elektronų.
- Tada jis padalijamas į elektronus, dalyvaujančius cheminėje reakcijoje.
- Toliau nustatome, kurie jonai ar atomai turi redukuojančių savybių, taip pat nustatome oksiduojančius agentus.
- Paskutiniame etape sudėkite koeficientus į lygtį.
Naudodami elektroninio balanso metodą, sudėkime koeficientus šioje reakcijos schemoje:
NaMnO4 + vandenilio sulfidas + sieros rūgštis=S + Mn SO4 +…+…
Problemos sprendimo algoritmas
Išsiaiškinkime, kokios medžiagos turėtų susidaryti po sąveikos. Kadangi reakcijoje jau yra oksidatorius (tai bus manganas) ir apibrėžtas reduktorius (tai bus siera), susidaro medžiagos, kuriose oksidacijos būsenos nebekinta. Kadangi pagrindinė reakcija vyko tarp druskos ir stiprios deguonies turinčios rūgšties, viena iš galutinių medžiagų bus vanduo, o antroji – natrio druska, tiksliau, natrio sulfatas.
Dabar sukurkime elektronų davimo ir priėmimo schemą:
- Mn+7 užima 5 e=Mn+2.
Antra schemos dalis:
- S-2 gives2e=S0
Koeficientus įtraukiame į pradinę reakciją, nepamiršdami lygties dalyse susumuoti visų sieros atomų.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
OVR, naudojant vandenilio peroksidą, analizė
Naudodami OVR analizavimo algoritmą, galime sudaryti vykstančios reakcijos lygtį:
vandenilio peroksidas + sieros rūgštis + kalio permagnatas=Mn SO4 + deguonis + …+…
Oksidacijos būsenos pakeitė deguonies joną (vandenilio perokside) ir mangano katijoną kalio permanganate. Tai reiškia, kad turime reduktorių, taip pat oksidatorių.
Nustatykime, kokių medžiagų dar galima gauti po sąveikos. Vienas iš jų bus vanduo, kuris akivaizdžiai yra rūgšties ir druskos reakcija. Kalis nesusidarė naujomedžiagos, antrasis produktas bus kalio druska, būtent sulfatas, nes reakcija vyko su sieros rūgštimi.
Schema:
2O – dovanoja 2 elektronus ir virsta O 2 0 5
Mn+7 priima 5 elektronus ir tampa Mn jonu+2 2
Nustatykite koeficientus.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
OVR analizės su kalio chromatu pavyzdys
Naudodami elektroninio balanso metodą sudarysime lygtį su koeficientais:
FeCl2 + druskos rūgštis + kalio chromatas=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oksidacijos būsenos pasikeitė geležies (geležies chlorido II) ir chromo jonų kalio dichromate.
Dabar pabandykime išsiaiškinti, kokios dar medžiagos susidaro. Viena gali būti druska. Kadangi kalis nesudarė jokio junginio, todėl antrasis produktas bus kalio druska, tiksliau, chloridas, nes reakcija vyko su druskos rūgštimi.
Padarykime diagramą:
Fe+2 duoda e= Fe+3 6 reduktorius,
2Cr+6 priima 6 e=2Cr +31 oksidatorius.
Įdėkite koeficientus į pradinę reakciją:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PavyzdysOVR analizė su kalio jodidu
Apsiginklavę taisyklėmis, sudarykime lygtį:
kalio permanganatas + sieros rūgštis + kalio jodidas…mangano sulfatas + jodas +…+…
Oksidacijos būsenos pakito mangano ir jodo. Tai reiškia, kad yra reduktorius ir oksidatorius.
Dabar išsiaiškinkime, kuo baigsime. Junginys bus su kaliu, tai yra, gausime kalio sulfatą.
Jodo jonų atkūrimo procesai vyksta.
Subraižykime elektronų perdavimo schemą:
- Mn+7 priima 5 e=Mn+2 2 yra oksidatorius,
- 2I- atiduok 2 e=I2 0 5 yra reduktorius.
Įdėkite koeficientus į pradinę reakciją, nepamirškite susumuoti visų šioje lygtyje esančių sieros atomų.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
OVR analizės su natrio sulfitu pavyzdys
Naudodami klasikinį metodą, sudarysime grandinės lygtį:
- sieros rūgštis + KMnO4 + natrio sulfitas… natrio sulfatas + mangano sulfatas +…+…
Po sąveikos gauname natrio druskos, vandens.
Padarykime diagramą:
- Mn+7 užima 5 e=Mn+2 2,
- S+4 suteikia 2 e=S+6 5.
Išdėstykite koeficientus nagrinėjamoje reakcijoje, o išdėstydami koeficientus nepamirškite pridėti sieros atomų.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
OVR, naudojant azotą, analizės pavyzdys
Atlikkime šią užduotį. Naudodami algoritmą sudarysime visą reakcijos lygtį:
- mangano nitratas + azoto rūgštis + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Išanalizuokime, kokia medžiaga dar susidaro. Kadangi reakcija įvyko tarp stipraus oksidatoriaus ir druskos, tai reiškia, kad medžiaga bus vanduo.
Rodyti elektronų skaičiaus pokytį:
- Mn+2 išduoda 5 e=Mn+7 2 pasižymi redukuojančios medžiagos savybėmis,
- Pb+4 užima 2 e=Pb+2 5 oksidatorius.
3. Koeficientus išdėstome pradinėje reakcijoje, būtinai sudėkite visą azotą, esantį kairėje pradinės lygties pusėje:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Ši reakcija nepasižymi azoto redukcine savybe.
Antra redokso reakcija su azotu:
Zn + sieros rūgštis + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 atiduok 2 e=Zn+23 bus restauratorius,
N+5priima 3 e=N+2 2 yra oksidatorius.
Duotos reakcijos koeficientus išdėstykite:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Redokso reakcijų svarba
Žymiausios redukcijos reakcijos yra fotosintezė, būdinga augalams. Kaip keičiasi atkuriamosios savybės? Procesas vyksta biosferoje, todėl išorinio š altinio pagalba padidėja energija. Būtent šią energiją žmonija naudoja savo reikmėms. Tarp oksidacinių ir redukcijos reakcijų, susijusių su cheminiais elementais, pavyzdžių, azoto, anglies ir deguonies junginių transformacijos yra ypač svarbios. Fotosintezės dėka žemės atmosfera turi tokią sudėtį, kuri būtina gyvų organizmų vystymuisi. Fotosintezės dėka anglies dvideginio kiekis oro apvalkale nepadidėja, Žemės paviršius neperkaista. Augalas ne tik vystosi redokso reakcijos pagalba, bet ir formuoja tokias medžiagas kaip deguonis ir gliukozė, kurios yra būtinos žmogui. Be šios cheminės reakcijos neįmanomas visas medžiagų ciklas gamtoje, taip pat neįmanoma egzistuoti organinės gyvybės.
Praktinis RIA taikymas
Norėdami išsaugoti metalo paviršių, turite žinoti, kad aktyvieji metalai turi atkuriamųjų savybių, todėl paviršių galite padengti aktyvesnio elemento sluoksniu, tuo pačiu sulėtindami cheminės korozijos procesą. Dėl redoksinių savybių geriamasis vanduo yra išvalomas ir dezinfekuojamas. Jokia problema negali būti išspręsta teisingai nepadėjus koeficientų į lygtį. Norint išvengti klaidų, svarbu suprasti visus redoksusparametrai.
Apsauga nuo cheminės korozijos
Korozija yra ypatinga žmogaus gyvenimo ir veiklos problema. Dėl šios cheminės transformacijos sunaikinamas metalas, automobilio dalys, staklės praranda eksploatacines savybes. Siekiant ištaisyti tokią problemą, naudojama protektoriaus apsauga, metalas padengiamas lako arba dažų sluoksniu, naudojami antikoroziniai lydiniai. Pavyzdžiui, geležies paviršius padengtas aktyvaus metalo - aliuminio sluoksniu.
Išvada
Žmogaus organizme vyksta įvairios atsigavimo reakcijos, užtikrina normalią virškinimo sistemos veiklą. Tokie pagrindiniai gyvybės procesai kaip rūgimas, irimas, kvėpavimas taip pat siejami su atkuriamosiomis savybėmis. Visos gyvos būtybės mūsų planetoje turi panašius sugebėjimus. Be reakcijų su elektronų grąžinimu ir priėmimu neįmanoma kasyba, pramoninė amoniako, šarmų ir rūgščių gamyba. Analitinėje chemijoje visi tūrinės analizės metodai yra pagrįsti būtent redokso procesais. Kova su tokiu nemaloniu reiškiniu kaip cheminė korozija taip pat pagrįsta šių procesų žiniomis.
