Atsevišķu atomu, kā arī jonu redoksīpašības ir svarīgs mūsdienu ķīmijas jautājums. Šis materiāls palīdz izskaidrot elementu un vielu darbību, veikt detalizētu dažādu atomu ķīmisko īpašību salīdzinājumu.
Kas ir oksidētājs
Daudzi uzdevumi ķīmijā, tostarp pārbaudes jautājumi vienotajam valsts eksāmenam 11. klasē un OGE 9. klasē, ir saistīti ar šo jēdzienu. Par oksidētāju tiek uzskatīti atomi vai joni, kas ķīmiskās mijiedarbības procesā pieņem elektronus no cita jona vai atoma. Ja analizējam atomu oksidējošās īpašības, mums ir nepieciešama Mendeļejeva periodiskā sistēma. Periodos, kas tabulā atrodas no kreisās puses uz labo, atomu oksidēšanas spēja palielinās, tas ir, mainās līdzīgi kā nemetāliskām īpašībām. Galvenajās apakšgrupās šis parametrs samazinās no augšas uz leju. Starp spēcīgākajām vienkāršajām vielām ar oksidēšanas spēju fluors ir vadībā. Termins, piemēram, "elektronegativitāte", tas ir, atoma spēja uzņemties ķīmiskās mijiedarbības gadījumāelektronus, var uzskatīt par sinonīmu oksidējošām īpašībām. Starp sarežģītām vielām, kas sastāv no diviem vai vairākiem ķīmiskiem elementiem, var uzskatīt par spilgtiem oksidētājiem: kālija permanganātu, kālija hlorātu, ozonu.
Kas ir reducētājs
Atomu reducējošās īpašības ir raksturīgas vienkāršām vielām, kurām piemīt metāliskas īpašības. Periodiskajā tabulā metāliskās īpašības periodos vājinās no kreisās uz labo pusi, un galvenajās apakšgrupās (vertikāli) tās palielinās. Atgūšanas būtība ir elektronu atgriešanās, kas atrodas ārējā enerģijas līmenī. Jo lielāks ir elektronu apvalku (līmeņu) skaits, jo vieglāk ķīmiskās mijiedarbības laikā atdot "papildus" elektronus.
Aktīviem (sārmu, sārmzemju) metāliem ir lieliskas reducējošās īpašības. Turklāt vielas, kurām ir līdzīgi parametri, mēs izceļam sēra oksīdu (6), oglekļa monoksīdu. Lai iegūtu maksimālu oksidācijas pakāpi, šiem savienojumiem ir jābūt reducējošām īpašībām.
Oksidācijas process
Ja ķīmiskās mijiedarbības laikā atoms vai jons citam atomam (jonam) atdod elektronus, runa ir par oksidēšanās procesu. Lai analizētu, kā mainās reducējošās īpašības un oksidējošā jauda, jums būs nepieciešama periodiska elementu tabula, kā arī zināšanas par mūsdienu fizikas likumiem.
Atjaunošanas process
Reducēšanas procesos joni pieņem kādu no tiemelektronu atomi no citiem atomiem (joniem) tiešas ķīmiskās mijiedarbības laikā. Lieliski reducētāji ir nitrīti, sārmu metālu sulfīti. Reducējošās īpašības elementu sistēmā mainās līdzīgi kā vienkāršu vielu metāliskās īpašības.
OVR parsēšanas algoritms
Lai skolēns varētu ievietot koeficientus gatavajā ķīmiskajā reakcijā, nepieciešams izmantot īpašu algoritmu. Redox īpašības palīdz arī atrisināt dažādas skaitļošanas problēmas analītiskajā, organiskajā un vispārējā ķīmijā. Mēs iesakām jebkuras reakcijas parsēšanas secību:
- Pirmkārt, ir svarīgi noteikt katra pieejamā elementa oksidācijas pakāpi, izmantojot noteikumus.
- Tālāk tiek noteikts, ka reakcijā piedalās tie atomi vai joni, kuri ir mainījuši oksidācijas pakāpi.
- Mīnusa un plusa zīmes norāda ķīmiskās reakcijas laikā doto un saņemto brīvo elektronu skaitu.
- Tālāk starp visu elektronu skaitu tiek noteikts minimālais kopējais daudzkārtnis, tas ir, vesels skaitlis, kas bez atlikuma tiek dalīts ar saņemtajiem un dotajiem elektroniem.
- Tad tas tiek sadalīts elektronos, kas iesaistīti ķīmiskajā reakcijā.
- Tālāk mēs nosakām, kuriem joniem vai atomiem ir reducējošās īpašības, kā arī nosakām oksidētājus.
- Pēdējā posmā ievietojiet koeficientus vienādojumā.
Izmantojot elektroniskā bilances metodi, ievietosim koeficientus šajā reakcijas shēmā:
NaMnO4 + sērūdeņradis + sērskābe=S + Mn SO4 +…+…
Problēmas risināšanas algoritms
Noskaidrosim, kurām vielām jāveidojas pēc mijiedarbības. Tā kā reakcijā jau ir oksidētājs (tas būs mangāns) un ir definēts reducētājs (tas būs sērs), tad veidojas vielas, kurās oksidācijas pakāpes vairs nemainās. Tā kā galvenā reakcija norisinājās starp sāli un spēcīgu skābekli saturošu skābi, viena no pēdējām vielām būs ūdens, bet otrā būs nātrija sāls, precīzāk, nātrija sulfāts.
Tagad izveidosim shēmu elektronu došanai un saņemšanai:
- Mn+7 ņem 5 e=Mn+2.
Shēmas otrā daļa:
- S-2 gives2e=S0
Koeficientus ievietojām sākotnējā reakcijā, neaizmirstot summēt visus sēra atomus vienādojuma daļās.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
OVR analīze, izmantojot ūdeņraža peroksīdu
Izmantojot OVR parsēšanas algoritmu, mēs varam izveidot vienādojumu notiekošajai reakcijai:
ūdeņraža peroksīds + sērskābe + kālija permagnāts=Mn SO4 + skābeklis + …+…
Oksidācijas stāvokļi mainīja skābekļa jonu (ūdeņraža peroksīdā) un mangāna katjonu kālija permanganātā. Tas ir, mums ir reducētājs, kā arī oksidētājs.
Noteiksim, kādas vielas vēl var iegūt pēc mijiedarbības. Viens no tiem būs ūdens, kas acīmredzami ir reakcija starp skābi un sāli. Kālijs neveidoja jaunuvielām, otrs produkts būs kālija sāls, proti, sulfāts, jo reakcija notika ar sērskābi.
Shēma:
2O – ziedo 2 elektronus un pārvēršas par O 2 0 5
Mn+7 pieņem 5 elektronus un kļūst par Mn jonu+2 2
Iestatiet koeficientus.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2 Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
OVR analīzes piemērs ar kālija hromātu
Izmantojot elektroniskā bilances metodi, izveidosim vienādojumu ar koeficientiem:
FeCl2 + sālsskābe + kālija hromāts=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oksidācijas stāvokļi mainīja dzelzi (dzelzs hlorīda II) un hroma jonu kālija dihromātā.
Tagad mēģināsim noskaidrot, kādas citas vielas veidojas. Viens var būt sāls. Tā kā kālijs neveidoja savienojumu, tāpēc otrs produkts būs kālija sāls, precīzāk, hlorīds, jo reakcija notika ar sālsskābi.
Izveidosim diagrammu:
Fe+2 dod e= Fe+3 6 reduktors,
2Cr+6 pieņem 6 e=2Cr +31 oksidētājs.
Ievietojiet koeficientus sākotnējā reakcijā:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PiemērsOVR analīze ar kālija jodīdu
Bruņojoties ar noteikumiem, izveidosim vienādojumu:
kālija permanganāts + sērskābe + kālija jodīds…mangāna sulfāts + jods +…+…
Oksidācijas stāvokļi mainīja mangāna un joda saturu. Tas nozīmē, ka ir reducētājs un oksidētājs.
Tagad noskaidrosim, ar ko mēs nonākam. Savienojums būs ar kāliju, tas ir, mēs iegūsim kālija sulfātu.
Joda jonos notiek reģenerācijas procesi.
Izveidosim elektronu pārneses shēmu:
- Mn+7 pieņem 5 e=Mn+2 2 ir oksidētājs,
- 2I- atdot 2 e=I2 0 5 ir reducētājs.
Ievietojiet koeficientus sākotnējā reakcijā, neaizmirstiet summēt visus sēra atomus šajā vienādojumā.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
OVR analīzes piemērs ar nātrija sulfītu
Izmantojot klasisko metodi, mēs izveidosim ķēdes vienādojumu:
- sērskābe + KMnO4 + nātrija sulfīts… nātrija sulfāts + mangāna sulfāts +…+…
Pēc mijiedarbības mēs iegūstam nātrija sāli, ūdeni.
Izveidosim diagrammu:
- Mn+7 ņem 5 e=Mn+2 2,
- S+4 dod 2 e=S+6 5.
Sakārtojiet koeficientus aplūkojamajā reakcijā, kārtojot koeficientus neaizmirstiet pievienot sēra atomus.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
OVR analīzes piemērs ar slāpekli
Veiksim šādu uzdevumu. Izmantojot algoritmu, mēs izveidosim pilnu reakcijas vienādojumu:
- mangāna nitrāts + slāpekļskābe + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Analizēsim, kāda viela vēl veidojas. Tā kā reakcija notika starp spēcīgu oksidētāju un sāli, tas nozīmē, ka viela būs ūdens.
Rādīt elektronu skaita izmaiņas:
- Mn+2 atdod 5 e=Mn+7 2 uzrāda reducētāja īpašības,
- Pb+4 ņem 2 e=Pb+2 5 oksidētājs.
3. Mēs sakārtojam koeficientus sākotnējā reakcijā, noteikti saskaitiet visu pieejamo slāpekli sākotnējā vienādojuma kreisajā pusē:
- 2 Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Šai reakcijai nav slāpekļa reducējošās īpašības.
Otrā redoksreakcija ar slāpekli:
Zn + sērskābe + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 atdod 2 e=Zn+23 būs restaurators,
N+5pieņem 3 e=N+2 2 ir oksidētājs.
Sakārtojiet koeficientus noteiktā reakcijā:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Redukcijas reakciju nozīme
Slavenākās reducēšanas reakcijas ir fotosintēze, kas raksturīga augiem. Kā mainās atjaunojošās īpašības? Process notiek biosfērā, noved pie enerģijas palielināšanās ar ārēja avota palīdzību. Tieši šo enerģiju cilvēce izmanto savām vajadzībām. Starp oksidatīvo un reducēšanas reakciju piemēriem, kas saistītas ar ķīmiskajiem elementiem, slāpekļa, oglekļa un skābekļa savienojumu transformācijām ir īpaša nozīme. Pateicoties fotosintēzei, zemes atmosfērā ir tāds sastāvs, kas nepieciešams dzīvo organismu attīstībai. Pateicoties fotosintēzei, oglekļa dioksīda daudzums gaisa čaulā nepalielinās, Zemes virsma nepārkarst. Augs ne tikai attīstās ar redoksreakcijas palīdzību, bet arī veido tādas cilvēkam nepieciešamās vielas kā skābeklis un glikoze. Bez šīs ķīmiskās reakcijas nav iespējams pilns vielu cikls dabā, kā arī organiskās dzīvības pastāvēšana.
RIA praktiska pielietošana
Lai saglabātu metāla virsmu, jāzina, ka aktīvajiem metāliem piemīt atjaunojošas īpašības, tāpēc virsmu var pārklāt ar aktīvāka elementa slāni, vienlaikus palēninot ķīmiskās korozijas procesu. Pateicoties redoksīpašību klātbūtnei, dzeramais ūdens tiek attīrīts un dezinficēts. Nevienu problēmu nevar atrisināt, ja vienādojumā nav pareizi ievietoti koeficienti. Lai izvairītos no kļūdām, ir svarīgi saprast visu redoksuparametri.
Aizsardzība pret ķīmisko koroziju
Korozija ir īpaša cilvēku dzīves un darbības problēma. Šīs ķīmiskās pārvērtības rezultātā notiek metāla iznīcināšana, automašīnas daļas, darbgaldi zaudē ekspluatācijas īpašības. Lai novērstu šādu problēmu, tiek izmantota protektora aizsardzība, metāls tiek pārklāts ar lakas vai krāsas slāni un tiek izmantoti pretkorozijas sakausējumi. Piemēram, dzelzs virsma ir pārklāta ar aktīvā metāla - alumīnija slāni.
Secinājums
Cilvēka organismā notiek dažādas atveseļošanās reakcijas, nodrošina normālu gremošanas sistēmas darbību. Ar atjaunojošām īpašībām ir saistīti arī tādi dzīvības pamatprocesi kā rūgšana, pūšana, elpošana. Visām dzīvajām būtnēm uz mūsu planētas ir līdzīgas spējas. Bez reakcijām ar elektronu atgriešanos un pieņemšanu nav iespējama kalnrūpniecība, amonjaka, sārmu un skābju rūpnieciskā ražošana. Analītiskajā ķīmijā visas tilpuma analīzes metodes ir balstītas tieši uz redoksprocesiem. Arī cīņa pret tādu nepatīkamu parādību kā ķīmiskā korozija balstās uz zināšanām par šiem procesiem.
