Քիմիական ռեակցիաների դասակարգումը անօրգանական և օրգանական քիմիայում: Օքսիդացման ռեակցիաներ և ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում առանց ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխության Ռեակցիաներ՝ առանց ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխության

Օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիաներ (ORR) –ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում փոխազդող նյութերը կազմող ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխությամբ՝ էլեկտրոնների մի ատոմից մյուսը տեղափոխելու արդյունքում։

Օքսիդացման վիճակ – մոլեկուլում ատոմի պաշտոնական լիցքը, որը հաշվարկվում է այն ենթադրությամբ, որ մոլեկուլը բաղկացած է միայն իոններից։

Միացության մեջ առավել էլեկտրաբացասական տարրերն ունեն բացասական օքսիդացման վիճակներ, իսկ ավելի ցածր էլեկտրաբացասականություն ունեցող տարրերի ատոմները՝ դրական օքսիդացման վիճակներ։

Օքսիդացման վիճակը ֆորմալ հասկացություն է. որոշ դեպքերում օքսիդացման վիճակը չի համընկնում վալենտության հետ:

Օրինակ՝ N 2 H 4 (հիդրազին)

ազոտի օքսիդացման աստիճան - -2; ազոտի վալենտություն – 3.

Օքսիդացման վիճակի հաշվարկ

Տարրի օքսիդացման վիճակը հաշվարկելու համար պետք է հաշվի առնել հետևյալ դրույթները.

1. Պարզ նյութերում ատոմների օքսիդացման աստիճանները հավասար են զրոյի (Na 0; H 2 0):

2. Մոլեկուլը կազմող բոլոր ատոմների օքսիդացման վիճակների հանրահաշվական գումարը միշտ հավասար է զրոյի, իսկ բարդ իոնում այդ գումարը հավասար է իոնի լիցքին։

3. Ատոմներն ունեն մշտական օքսիդացման աստիճան՝ ալկալիական մետաղներ (+1), հողալկալիական մետաղներ (+2), ջրածին (+1) (բացառությամբ հիդրիդների NaH, CaH 2 և այլն, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը - 1), թթվածին (-2) (բացառությամբ F 2 -1 O +2-ի և –O–O– խումբ պարունակող պերօքսիդների, որոնցում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է):

4. Տարրերի համար դրական օքսիդացման վիճակը չի կարող գերազանցել պարբերական համակարգի խմբի թվին հավասար արժեքը:

V 2 +5 O 5 -2; Na 2 +1 B 4 +3 O 7 -2; K +1 Cl +7 O 4 -2; N -3 H 3 +1; K 2 +1 H +1 P +5 O 4 -2; Na 2 +1 Cr 2 +6 O 7 -2

Ռեակցիաներ օքսիդացման վիճակի փոփոխությամբ և առանց դրա

Քիմիական ռեակցիաների երկու տեսակ կա.

A Ռեակցիաներ, որոնցում տարրերի օքսիդացման վիճակը չի փոխվում.

Ավելացման ռեակցիաներ՝ SO 2 + Na 2 O Na 2 SO 3

Քայքայման ռեակցիաներ՝ Cu(OH) 2  CuO + H 2 O

Փոխանակման ռեակցիաներ՝ AgNO 3 + KCl AgCl + KNO 3

NaOH + HNO 3 NaNO 3 + H 2 O

B Ռեակցիաներ, որոնցում տեղի է ունենում փոխազդող միացություններ կազմող տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակների փոփոխություն.

2Mg 0 + O 2 0 2Mg +2 O -2

2KCl +5 O 3 -2 – t  2KCl -1 + 3O 2 0

2KI -1 + Cl 2 0 2KCl -1 + I 2 0

Mn +4 O 2 + 4HCl -1 Mn +2 Cl 2 + Cl 2 0 + 2H 2 O

Նման ռեակցիաները կոչվում են ռեդոքս ռեակցիաներ .

Օքսիդացում, նվազեցում

Redox ռեակցիաներում էլեկտրոնները տեղափոխվում են մեկ ատոմից, մոլեկուլից կամ իոնից մյուսը։ Էլեկտրոնների կորստի գործընթացը օքսիդացում է. Օքսիդացման ընթացքում օքսիդացման աստիճանը մեծանում է.

H 2 0 − 2ē 2H +

S -2 − 2ē S 0

Al 0 − 3ē Al +3

Fe +2 − ē Fe +3

2Br - − 2ē Br 2 0

Էլեկտրոնների ավելացման գործընթացը կրճատումն է. Կրճատման ընթացքում օքսիդացման աստիճանը նվազում է։

Mn +4 + 2ē Mn +2

Сr +6 +3ē Cr +3

Cl 2 0 +2ē 2Cl -

O 2 0 + 4ē 2O -2

Ատոմները կամ իոնները, որոնք ստանում են էլեկտրոններ տվյալ ռեակցիայի ժամանակ, օքսիդացնող նյութեր են, իսկ նրանք, որոնք էլեկտրոններ են նվիրում, վերականգնող նյութեր են։

Նյութի ռեդոքս հատկությունները և դրա բաղկացուցիչ ատոմների օքսիդացման վիճակը

Առավելագույն օքսիդացման աստիճան ունեցող տարրերի ատոմներ պարունակող միացությունները կարող են օքսիդացնող նյութեր լինել միայն այդ ատոմների շնորհիվ, քանի որ. նրանք արդեն հրաժարվել են իրենց բոլոր վալենտային էլեկտրոններից և ընդունակ են ընդունել միայն էլեկտրոնները։ Տարրի ատոմի առավելագույն օքսիդացման աստիճանը հավասար է պարբերական համակարգի այն խմբի թվին, որին պատկանում է տարրը։ Նվազագույն օքսիդացման վիճակ ունեցող տարրերի ատոմներ պարունակող միացությունները կարող են ծառայել միայն որպես վերականգնող նյութեր, քանի որ դրանք կարող են միայն էլեկտրոններ նվիրաբերել, քանի որ նման ատոմների արտաքին էներգիայի մակարդակը լրացվում է ութ էլեկտրոնով: Մետաղների ատոմների նվազագույն օքսիդացման աստիճանը 0 է, ոչ մետաղների համար՝ (n–8) (որտեղ n պարբերական աղյուսակի խմբի թիվն է)։ Միջանկյալ օքսիդացման վիճակներով տարրերի ատոմներ պարունակող միացությունները կարող են լինել և՛ օքսիդացնող, և՛ վերականգնող նյութեր՝ կախված գործընկերոջից, որի հետ փոխազդում են և ռեակցիայի պայմաններից։

ՌԵԴՈՔՍ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ

Օքսիդացման վիճակ

Օքսիդացման վիճակը մոլեկուլում ատոմի անվանական լիցքն է, որը հաշվարկվում է այն ենթադրությամբ, որ մոլեկուլը բաղկացած է իոններից և հիմնականում էլեկտրականորեն չեզոք է։

Միացության մեջ առավել էլեկտրաբացասական տարրերն ունեն բացասական օքսիդացման վիճակներ, իսկ ավելի քիչ էլեկտրաբացասական տարրերի ատոմները՝ դրական օքսիդացման վիճակներ։

Օքսիդացման վիճակը ֆորմալ հասկացություն է. որոշ դեպքերում օքսիդացման վիճակը չի համընկնում վալենտության հետ:

Օրինակ:

N2H4 (հիդրազին)

ազոտի օքսիդացման աստիճան - -2; ազոտի վալենտություն – 3.

Օքսիդացման վիճակի հաշվարկ

Տարրի օքսիդացման վիճակը հաշվարկելու համար պետք է հաշվի առնել հետևյալ դրույթները.

1. Պարզ նյութերում ատոմների օքսիդացման աստիճանները հավասար են զրոյի (Na 0; H2 0):

3. Ատոմներն ունեն մշտական օքսիդացման աստիճան՝ ալկալիական մետաղներ (+1), հողալկալիական մետաղներ (+2), ջրածին (+1) (բացառությամբ հիդրիդների՝ NaH, CaH2 և այլն, որտեղ ջրածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է։ ), թթվածին (-2) (բացառությամբ F 2 -1 O +2-ի և –O–O– խումբ պարունակող պերօքսիդների, որոնցում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը -1 է)։

4. Տարրերի համար դրական օքսիդացման վիճակը չի կարող գերազանցել պարբերական համակարգի խմբի թվին հավասար արժեքը:

Օրինակներ.

Վ 2 +5 Օ 5 -2 ; Նա 2 +1 Բ 4 +3 Օ 7 -2 ; Կ +1 Cl +7 Օ 4 -2 ;Ն -3 Հ 3 +1 K2 +1 Հ +1 Պ +5 Օ 4 -2 ; Նա 2 +1 Քր 2 +6 Օ 7 -2

Ռեակցիաներ առանց օքսիդացման վիճակի և փոփոխության

Քիմիական ռեակցիաների երկու տեսակ կա.

Արձագանքները, որոնցում տարրերի օքսիդացման վիճակը չի փոխվում.

Ավելացման ռեակցիաներ

ԱՅՍՊԵՍ 2 + Նա 2 O → Na 2 ԱՅՍՊԵՍ 3

Քայքայման ռեակցիաներ

Cu (OH) 2 → CuO + H 2 Օ

Փոխանակման ռեակցիաներ

AgNO 3 + KCl → AgCl + KNO 3

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

BՌեակցիաներ, որոնցում տեղի է ունենում փոխազդող միացություններ կազմող տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակների փոփոխություն.

2Mg 0 + O 2 0 → 2Mg +2 O -2

2KCl +5 O 3 -2 →2KCl -1 + 3O 2 0

2KI -1 + Cl 2 0 → 2KCl -1 + I 2 0

Mn +4 O 2 + 4HCl -1 ® Mn +2 Cl 2 + Cl +1 2 0 + 2H 2 O

Նման ռեակցիաները կոչվում են ռեդոքս ռեակցիաներ

Օքսիդացման ռեակցիաները ռեակցիաներ են, որոնցում փոխվում են ատոմների օքսիդացման վիճակները։ Redox ռեակցիաները շատ տարածված են: Այրման բոլոր ռեակցիաները ռեդոքս են:
Redox ռեակցիան բաղկացած է երկու գործընթացներից, որոնք չեն կարող տեղի ունենալ միմյանցից առանձին: Օքսիդացման աստիճանի բարձրացման գործընթացը կոչվում է օքսիդացում: Օքսիդացման հետ միաժամանակ տեղի է ունենում նվազեցում, այսինքն՝ օքսիդացման վիճակի նվազման գործընթաց։

Օքսիդացում, նվազեցում

Ըստ այդմ, ռեդոքսային ռեակցիաներում կան երկու հիմնական մասնակից՝ օքսիդացնող և վերականգնող նյութ։ Էլեկտրոնների կորստի գործընթացը օքսիդացում է: Օքսիդացման ժամանակ օքսիդացման աստիճանը մեծանում է։ Ռեակցիայի ընթացքում օքսիդացնող նյութը նվազեցնում է իր օքսիդացման աստիճանը և նվազում: Այստեղ անհրաժեշտ է տարբերակել օքսիդացնող քիմիական տարրը օքսիդացնող նյութից։

Ն +5 - օքսիդիչ; ՀՆ +5 O3 և NaN +5 O 3 - օքսիդացնող նյութեր:
Եթե ասենք, որ ազոտաթթուն և նրա աղերը ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են, ապա դրանով նկատի ունենք, որ օքսիդացնող նյութը +5 օքսիդացման աստիճանով ազոտի ատոմներն են, և ոչ թե ամբողջ նյութը որպես ամբողջություն։
Ռեդոքս ռեակցիայի երկրորդ պարտադիր մասնակիցը կոչվում է վերականգնող նյութ։ Էլեկտրոնների ավելացման գործընթացը կրճատումն է: Կրճատման ընթացքում օքսիդացման աստիճանը նվազում է։

Նվազեցնող նյութը մեծացնում է իր օքսիդացման թիվը՝ օքսիդանալով ռեակցիայի ընթացքում։ Ինչպես օքսիդացնող նյութի դեպքում, պետք է տարբերակել վերականգնող նյութը վերականգնող քիմիական տարրից: Ալդեհիդը ալկոհոլի վերածելու ռեակցիան իրականացնելիս մենք չենք կարող վերցնել միայն ջրածին -1 օքսիդացման վիճակով, այլ վերցնել մի տեսակ հիդրիդ, գերադասելի է լիթիումի ալյումինի հիդրիդ։

Ն -1 - նվազեցնող նյութ; NaH -1 և LiAlH -1 4 - նվազեցնող նյութեր.
Redox ռեակցիաներում էլեկտրոնների ամբողջական տեղափոխումը վերականգնող նյութից օքսիդացնող նյութ չափազանց հազվադեպ է, քանի որ իոնային կապերով միացություններ քիչ են: Բայց գործակիցները դասավորելիս մենք ելնում ենք այն ենթադրությունից, որ նման անցում իսկապես տեղի է ունենում։ Սա հնարավորություն է տալիս ճիշտ որոշել հիմնական գործակիցները օքսիդացնող և վերականգնող նյութի բանաձևերի դիմաց:
5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 = 2H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
Ս +4 – 2e → Ս +6 5 - նվազեցնող նյութ, օքսիդացում
Մն +7 + 5e → Mn +2 2 - օքսիդիչ, նվազեցում

Նյութի ռեդոքս հատկությունները և դրա բաղկացուցիչ ատոմների օքսիդացման վիճակը

Ամենակարևոր նվազեցնող և օքսիդացնող նյութերը

Կրճատողներ.

Մետաղներ,

ջրածին,

ածուխ.

Ածխածնի (II) մոնօքսիդ (CO):

Ջրածնի սուլֆիդ (H 2 S);

ծծմբի օքսիդ (IV) (SO 2);

ծծմբաթթու H 2 SO 3 և դրա աղերը.

Հիդրոհալաթթուներ և դրանց աղեր.

Մետաղների կատիոնները ցածր օքսիդացման վիճակներում՝ SnCl 2, FeCl 2, MnSO 4, Cr 2 (SO 4) 3:

Ազոտական թթու HNO 2;

ամոնիակ NH 3;

հիդրազին NH 2 NH 2;

ազոտի օքսիդ (II) (NO):

Կաթոդ էլեկտրոլիզի ժամանակ:

Օքսիդացնող նյութեր

Հալոգեններ.

Կալիումի պերմանգանատ (KMnO 4);

կալիումի մանգանատ (K 2 MnO 4);

մանգանի (IV) օքսիդ (MnO 2):

Կալիումի դիքրոմատ (K 2 Cr 2 O 7);

կալիումի քրոմատ (K 2 CrO 4):

Ազոտական թթու (HNO 3):

Ծծմբաթթու (H 2 SO 4) կոնց.

Պղնձի (II) օքսիդ (CuO);

կապարի (IV) օքսիդ (PbO 2);

արծաթի օքսիդ (Ag 2 O);

ջրածնի պերօքսիդ (H 2 O 2):

Երկաթի (III) քլորիդ (FeCl 3):

Բերտոլեի աղ (KClO 3):

Անոդ էլեկտրոլիզի ժամանակ:

Յուրաքանչյուր նման կես ռեակցիա բնութագրվում է E 0 ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալով (չափը - վոլտ, V): Որքան մեծ է E0-ը, այնքան ուժեղ է օքսիդացնող ձևը որպես օքսիդացնող նյութ և ավելի թույլ է վերականգնված ձևը՝ որպես վերականգնող նյութ, և հակառակը:

Կես ռեակցիան ընդունվում է որպես պոտենցիալների հղման կետ՝ 2H + + 2ē ® H 2, որի համար E 0 =0

M n+ + nē ® M 0 կես ռեակցիաների համար E 0 կոչվում է ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժ: Ելնելով այս ներուժի մեծությունից՝ մետաղները սովորաբար տեղադրվում են մի շարք ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների մեջ (մետաղական լարման մի շարք).

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd,

Co, Ni, Sn, Pb, Հ, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au

Մի շարք սթրեսներ բնութագրում են մետաղների քիմիական հատկությունները.

1. Որքան հեռու է մետաղը գտնվում լարման շարքում դեպի ձախ, այնքան ավելի ուժեղ է նրա վերականգնող և լուծույթում նրա իոնի օքսիդացման ունակությունը (այսինքն՝ այնքան ավելի հեշտ է էլեկտրոնները զիջում (օքսիդանում) և այնքան ավելի դժվար է։ նրա իոնների համար էլեկտրոնները նորից միացնելու համար):

2. Յուրաքանչյուր մետաղ ունակ է աղի լուծույթներից տեղահանել այն մետաղները, որոնք գտնվում են իրենից աջ լարվածության շարքում, այսինքն. նվազեցնում է հետագա մետաղների իոնները էլեկտրական չեզոք ատոմների՝ նվիրելով էլեկտրոններ և ինքնին վերածվում իոնների։

3. Միայն մետաղները, որոնք գտնվում են ջրածնի (H) ձախ լարման շարքում, կարող են այն տեղահանել թթվային լուծույթներից (օրինակ՝ Zn, Fe, Pb, բայց ոչ Cu, Hg, Ag):

Գալվանական բջիջներ

Յուրաքանչյուր երկու մետաղ, ընկղմվելով իրենց աղերի լուծույթների մեջ, որոնք միմյանց հետ շփվում են էլեկտրոլիտով լցված սիֆոնի միջոցով, կազմում են գալվանական բջիջ։ Լուծույթների մեջ ընկղմված մետաղական թիթեղները կոչվում են տարրի էլեկտրոդներ։

Եթե էլեկտրոդների արտաքին ծայրերը (տարրի բևեռները) միացնում եք մետաղալարով, ապա էլեկտրոնները սկսում են շարժվել ավելի ցածր պոտենցիալ ունեցող մետաղից դեպի մետաղ, որն ունի ավելի մեծ պոտենցիալ (օրինակ՝ Zn-ից մինչև Pb): Էլեկտրոնների հեռանալը խախտում է հավասարակշռությունը, որը գոյություն ունի լուծույթում մետաղի և նրա իոնների միջև և առաջացնում է նոր քանակությամբ իոններ, որոնք անցնում են լուծույթ. մետաղը աստիճանաբար լուծվում է: Միևնույն ժամանակ, էլեկտրոնները, որոնք անցնում են մեկ այլ մետաղ, լուծույթի իոնները լիցքաթափում են իր մակերևույթի վրա. մետաղը ազատվում է լուծույթից: Էլեկտրոդը, որտեղ տեղի է ունենում օքսիդացում, կոչվում է անոդ: Էլեկտրոդը, որի վրա տեղի է ունենում կրճատում, կոչվում է կաթոդ: Կապարի ցինկ խցում ցինկի էլեկտրոդը անոդն է, իսկ կապարի էլեկտրոդը կաթոդն է:

Այսպիսով, փակ գալվանական խցում փոխազդեցություն է տեղի ունենում մետաղի և մեկ այլ մետաղի աղի լուծույթի միջև, որոնք անմիջական շփման մեջ չեն միմյանց հետ: Առաջին մետաղի ատոմները, հրաժարվելով էլեկտրոններից, վերածվում են իոնների, իսկ երկրորդ մետաղի իոնները, ավելացնելով էլեկտրոնները, վերածվում են ատոմների։ Առաջին մետաղը տեղահանում է երկրորդը իր աղի լուծույթից: Օրինակ՝ ցինկից և կապարից կազմված գալվանական բջիջի աշխատանքի ընթացքում, որոնք համապատասխանաբար ընկղմված են Zn(NO 3) 2 և Pb(NO 3) 2 լուծույթներում, էլեկտրոդներում տեղի են ունենում հետևյալ գործընթացները.

Zn – 2ē → Zn 2+

Pb 2+ + 2ē → Pb

Ամփոփելով երկու գործընթացները՝ մենք ստանում ենք Zn + Pb 2+ → Pb + Zn 2+ հավասարումը, որն արտահայտում է տարրում տեղի ունեցող ռեակցիան իոնային տեսքով։ Նույն ռեակցիայի մոլեկուլային հավասարումը կլինի.

Zn + Pb(NO 3) 2 → Pb + Zn(NO 3) 2

Գալվանական բջիջի էլեկտրաշարժիչ ուժը հավասար է նրա երկու էլեկտրոդների պոտենցիալ տարբերությանը: Այն որոշելիս փոքրը միշտ հանվում է ավելի մեծ ներուժից։ Օրինակ, դիտարկվող տարրի էլեկտրաշարժիչ ուժը (emf) հավասար է.

Է.մ.ֆ. =	-0,13		(-0,76)	0,63 վ
	E Pb		E Zn

Այն կունենա այս արժեքը, պայմանով, որ մետաղները ընկղմվեն լուծույթների մեջ, որոնցում իոնի կոնցենտրացիան 1 գ-իոն/լ է: Լուծումների այլ կոնցենտրացիաներում էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքները փոքր-ինչ տարբեր կլինեն: Նրանք կարող են հաշվարկվել բանաձևով.

E = E 0 + (0,058/n) logC

որտեղ E-ն մետաղի ցանկալի պոտենցիալն է (վոլտերով)

E 0 - նրա նորմալ ներուժը

n - մետաղական իոնների վալենտություն

C - իոնների կոնցենտրացիան լուծույթում (g-ion/l)

Օրինակ

Գտեք տարրի (emf) էլեկտրաշարժիչ ուժը, որը ձևավորվում է ցինկի էլեկտրոդի կողմից, որը ընկղմված է Zn(NO 3) 2-ի 0,1 M լուծույթի և կապարի էլեկտրոդի կողմից, որը ընկղմված է Pb(NO 3) 2 2 M լուծույթի մեջ:

Լուծում

Մենք հաշվարկում ենք ցինկի էլեկտրոդի ներուժը.

E Zn = -0,76 + (0,058 / 2) լոգ 0,1 = -0,76 + 0,029 (-1) = -0,79 վ

Մենք հաշվարկում ենք կապարի էլեկտրոդի ներուժը.

E Pb = -0,13 + (0,058 / 2) log 2 = -0,13 + 0,029 0,3010 = -0,12 v

Գտեք տարրի էլեկտրաշարժիչ ուժը.

Է.մ.ֆ. = -0.12 – (-0.79) = 0.67 v

Էլեկտրոլիզ

Էլեկտրոլիզ Էլեկտրական հոսանքով նյութի տարրալուծման գործընթացը կոչվում է.

Էլեկտրոլիզի էությունն այն է, որ երբ հոսանքն անցնում է էլեկտրոլիտային լուծույթով (կամ հալած էլեկտրոլիտով), դրական լիցքավորված իոնները շարժվում են դեպի կաթոդ, իսկ բացասական լիցքավորված իոնները՝ դեպի անոդ։ Հասնելով էլեկտրոդներին՝ իոնները լիցքաթափվում են, ինչի արդյունքում էլեկտրոդների վրա արձակվում են լուծված էլեկտրոլիտի կամ ջրածնի և ջրածնի բաղադրիչները և թթվածինը։

Տարբեր իոնները չեզոք ատոմների կամ ատոմների խմբերի վերածելու համար անհրաժեշտ է էլեկտրական հոսանքի տարբեր լարումներ։ Որոշ իոններ ավելի հեշտ են կորցնում իրենց լիցքերը, մյուսները՝ ավելի դժվար։ Մետաղական իոնների լիցքաթափման (էլեկտրոնների ձեռքբերման) դյուրինության աստիճանը որոշվում է լարման շարքում մետաղների դիրքով։ Որքան ձախ կողմում է մետաղը գտնվում լարման շարքում, այնքան մեծ է նրա բացասական պոտենցիալը (կամ ավելի քիչ դրական պոտենցիալը), այնքան ավելի դժվար է, երբ մյուսները հավասար են, նրա իոնները լիցքաթափվում են (Au 3+, Ag + իոնները ամենահեշտն են լիցքաթափել; ամենադժվարն են Li +, Rb +, K +):

Եթե լուծույթում միաժամանակ կան մի քանի մետաղների իոններ, ապա սկզբում լիցքաթափվում են ավելի ցածր բացասական պոտենցիալով (կամ ավելի բարձր դրական պոտենցիալով) մետաղի իոնները։ Օրինակ, մետաղական պղինձը սկզբում ազատվում է Zn 2+ և Cu 2+ իոններ պարունակող լուծույթից։ Բայց մետաղի ներուժի մեծությունը կախված է նաև լուծույթում նրա իոնների կոնցենտրացիայից. Յուրաքանչյուր մետաղի իոնների արտանետման հեշտությունը նույնպես փոխվում է կախված դրանց կոնցենտրացիայից. Հետևաբար, մի քանի մետաղների իոններ պարունակող լուծույթի էլեկտրոլիզի ժամանակ կարող է պատահել, որ ավելի ակտիվ մետաղի արտազատումը տեղի ունենա ավելի շուտ, քան պակաս ակտիվի արտազատումը (եթե առաջին մետաղի իոնների կոնցենտրացիան նշանակալի է, և երկրորդի կոնցենտրացիան շատ փոքր է):

Աղերի ջրային լուծույթներում, բացի աղի իոններից, միշտ կան նաև ջրի իոններ (H + և OH -): Դրանցից ջրածնի իոնները ավելի հեշտությամբ կթափվեն, քան լարման շարքում ջրածնին նախորդող բոլոր մետաղների իոնները: Սակայն բոլոր աղերի էլեկտրոլիզի ժամանակ ջրածնի իոնների աննշան կոնցենտրացիայի պատճառով, բացառությամբ ամենաակտիվ մետաղների աղերի, կաթոդում արտազատվում է ոչ թե ջրածին, այլ մետաղ։ Միայն նատրիումի, կալցիումի և այլ մետաղների մինչև ալյումին ներառյալ աղերի էլեկտրոլիզի ժամանակ ջրածնի իոնները արտանետվում են և ջրածին արտազատվում։

Անոդում կարող են արտանետվել կա՛մ թթվային մնացորդների իոններ, կա՛մ ջրի հիդրօքսիլ իոններ: Եթե թթվային մնացորդների իոնները չեն պարունակում թթվածին (Cl -, S 2-, CN - և այլն), ապա սովորաբար լիցքաթափվում են այդ իոնները, և ոչ թե հիդրոքսիլները, որոնք շատ ավելի դժվար են կորցնում իրենց լիցքը, իսկ Cl. 2, S և այլն թողարկվում են անոդում .d. Ընդհակառակը, եթե թթվածին պարունակող թթվի աղը կամ թթուն ինքնին ենթարկվում է էլեկտրոլիզացման, ապա լիցքաթափվում են հիդրօքսիլ իոններ, այլ ոչ թե թթվածնի մնացորդների իոններ։ Հիդրօքսիլ իոնների արտանետման ժամանակ ձևավորված չեզոք OH խմբերն անմիջապես քայքայվում են՝ համաձայն հավասարման.

4OH → 2H2O + O2

Արդյունքում, թթվածինը ազատվում է անոդում:

Նիկելի քլորիդի լուծույթի էլեկտրոլիզ NiCl 2

Լուծումը պարունակում է Ni 2+ և Cl - իոններ, ինչպես նաև H + և OH - իոններ աննշան կոնցենտրացիաներով: Երբ հոսանքն անցնում է, Ni 2+ իոնները շարժվում են դեպի կաթոդ, իսկ Cl - իոնները՝ դեպի անոդ: Կաթոդից վերցնելով երկու էլեկտրոն՝ Ni 2+ իոնները վերածվում են չեզոք ատոմների, որոնք ազատվում են լուծույթից։ Կաթոդը աստիճանաբար պատվում է նիկելով։

Քլորի իոնները, հասնելով անոդ, զիջում են նրան էլեկտրոններ և վերածվում քլորի ատոմների, որոնք զույգերով միավորվելիս կազմում են քլորի մոլեկուլներ։ Քլորն ազատվում է անոդում:

Այսպիսով, կաթոդում կա վերականգնման գործընթաց, անոդում – օքսիդացման գործընթաց.

Կալիումի յոդիդի լուծույթի էլեկտրոլիզ KI

Կալիումի յոդիդը լուծույթում է K + և I - իոնների տեսքով։ Երբ հոսանքն անցնում է, K + իոնները շարժվում են դեպի կաթոդ, I - իոնները շարժվում են դեպի անոդ: Բայց քանի որ կալիումը լարման շարքում ջրածնից շատ ձախ է, կաթոդում լիցքաթափվում են ոչ թե կալիումի իոնները, այլ ջրի ջրածնի իոնները: Այս դեպքում ձևավորված ջրածնի ատոմները միավորվում են H 2 մոլեկուլների մեջ, և այդպիսով ջրածինը ազատվում է կաթոդում:

Քանի որ ջրածնի իոնները լիցքաթափվում են, ավելի ու ավելի շատ ջրի մոլեկուլներ են տարանջատվում, ինչի արդյունքում կաթոդում կուտակվում են հիդրօքսիլ իոններ (ջրի մոլեկուլից ազատված), ինչպես նաև K + իոններ, որոնք անընդհատ շարժվում են դեպի կաթոդ։ Առաջանում է KOH լուծույթ։

Յոդն ազատվում է անոդում, քանի որ I-իոնները ավելի հեշտ են արտանետվում, քան ջրի հիդրօքսիլ իոնները։

Կալիումի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզ

Լուծույթը պարունակում է K + իոններ, SO 4 2- և H + և OH - իոններ ջրից: Քանի որ K + իոնները ավելի դժվար են լիցքաթափվում, քան H + իոնները, իսկ SO 4 2- իոնները, քան OH - իոնները, ապա երբ էլեկտրական հոսանք է անցնում, ջրածնի իոնները լիցքաթափվում են կաթոդում, իսկ հիդրօքսիլային խմբերը՝ անոդում. է, ըստ էության, ջրի էլեկտրոլիզ. Միևնույն ժամանակ, ջրի ջրածնի և հիդրօքսիլ իոնների արտանետման և դեպի կաթոդ K + իոնների, իսկ անոդ SO 4 2- իոնների անընդհատ շարժման պատճառով կաթոդում առաջանում է ալկալային լուծույթ (KOH), իսկ անոդում առաջանում է ծծմբաթթվի լուծույթ։

Պղնձի սուլֆատի լուծույթի էլեկտրոլիզը պղնձի անոդով

Էլեկտրոլիզը տեղի է ունենում հատուկ ձևով, երբ անոդը պատրաստված է նույն մետաղից, որի աղը լուծույթի մեջ է: Այս դեպքում անոդում իոններ չեն լիցքաթափվում, սակայն անոդն ինքն աստիճանաբար լուծվում է՝ իոններ ուղարկելով լուծույթի մեջ և էլեկտրոններ նվիրելով ընթացիկ աղբյուրին։

Ամբողջ գործընթացը հանգում է կաթոդում պղնձի արտազատմանը և անոդի աստիճանական լուծարմանը: Լուծույթում CuSO 4-ի քանակը մնում է անփոփոխ:

Էլեկտրոլիզի օրենքները (Մ. Ֆարադեյ)

1. Էլեկտրոլիզի ընթացքում արտանետվող նյութի զանգվածային քանակությունը համաչափ է լուծույթով հոսող էլեկտրաէներգիայի քանակին և գործնականում կախված չէ այլ գործոններից։

2. Տարբեր քիմիական միացություններից էլեկտրոլիզի ժամանակ արտազատվում է հավասար քանակությամբ էլեկտրաէներգիա՝ համարժեք նյութերով:

3. Էլեկտրոլիտի լուծույթից որևէ նյութի մեկ գրամ համարժեքը մեկուսացնելու համար լուծույթով պետք է անցկացվի 96500 կուլոն էլեկտրաէներգիա։

m (x) = ((I t) / F) (M (x) / n)

որտեղ m (x) նվազեցված կամ օքսիդացված նյութի քանակն է (g).

I-ը փոխանցվող հոսանքի ուժն է (ա);

t - էլեկտրոլիզի ժամանակ (ներ);

M (x) - մոլային զանգված;

n-ը ռեդոքս ռեակցիաներում ձեռք բերված կամ տրված էլեկտրոնների թիվն է.

F - Ֆարադեյի հաստատունը (96500 թույն/մոլ):

Այս բանաձևի հիման վրա դուք կարող եք կատարել մի շարք հաշվարկներ՝ կապված էլեկտրոլիզի գործընթացի հետ, օրինակ.

1. Հաշվել որոշակի քանակությամբ էլեկտրաէներգիայի միջոցով արձակված կամ քայքայված նյութերի քանակությունները.

2. Գտե՛ք ընթացիկ ուժը՝ ըստ արձակված նյութի քանակի և դրա արձակման վրա ծախսված ժամանակի.

3. Որոշեք, թե որքան ժամանակ կպահանջվի տվյալ հոսանքի ժամանակ նյութի որոշակի քանակի արտազատման համար:

Օրինակ 1

Քանի՞ գրամ պղինձ կթողարկվի կաթոդում, երբ 10 րոպե պղնձի սուլֆատի CuSO 4 լուծույթով 5 ամպեր լարման հոսանք անցնի:

Լուծում

Եկեք որոշենք լուծույթով հոսող էլեկտրաէներգիայի քանակը.

Q = Դա,

որտեղ ես հոսանքն է ամպերով;

t - ժամանակը վայրկյաններով:

Q = 5A 600 s = 3000 կուլոն

Պղնձի համարժեքը (63,54 զանգվածով) 63,54 է՝ 2 = 31,77։ Հետեւաբար, 96500 կուլոնն ազատում է 31,77 գ պղինձ: Պղնձի պահանջվող քանակությունը.

m = (31,77 3000) / 96500 » 0,98 գ

Օրինակ 2

Որքա՞ն ժամանակ է պահանջվում 10 ամպեր լարման հոսանք թթվային լուծույթով անցնելու համար 5,6 լիտր ջրածին ստանալու համար (նորմալ պայմաններում):

Լուծում

Մենք գտնում ենք էլեկտրաէներգիայի այն քանակությունը, որը պետք է անցնի լուծույթով, որպեսզի դրանից 5,6 լիտր ջրածին արտազատվի։ Քանի որ 1 գ-էկ. ջրածինը զբաղեցնում է n. u. ծավալը 11,2լ, ապա անհրաժեշտ քանակությամբ էլ

Q = (96500 5.6) / 11.2 = 48250 կուլոն

Եկեք որոշենք ընթացիկ անցման ժամանակը.

t = Q / I = 48250 / 10 = 4825 վ = 1 ժ 20 րոպե 25 վ

Օրինակ 3

Կաթոդում արծաթի աղի լուծույթով հոսանք անցնելիս այն բաց է թողնվել 10 րոպեում։ 1 գ արծաթ։ Որոշեք ընթացիկ ուժը:

Լուծում

1 գ-էկվ. արծաթը հավասար է 107,9 գ, 1 գ արծաթ բաց թողնելու համար լուծույթով պետք է անցնի 96500՝ 107,9 = 894 կուլոն։ Այստեղից էլ ներկա ուժը

I = 894 / (10 60)» 1,5 Ա

Օրինակ 4

Գտե՛ք անագի համարժեքը, եթե SnCl 2 լուծույթից 2,5 ամպեր հոսանքի դեպքում 30 րոպեում: Ազատվում է 2,77 գ թիթեղ։

Լուծում

30 րոպեում լուծույթով անցնող էլեկտրաէներգիայի քանակը.

Q = 2,5 30 60 = 4500 կուլոն

Քանի որ թողարկման համար 1 գ-էկ. Պահանջվում է 96500 կուլոն, ապա՝ անագին համարժեք։

E Sn = (2,77 96500) / 4500 = 59,4

Կոռոզիա

Նախքան էլեկտրաքիմիայի մեր քննարկումն ավարտելը, եկեք մեր ձեռք բերած գիտելիքները կիրառենք մեկ շատ կարևոր խնդրի ուսումնասիրության մեջ. կոռոզիամետաղներ Կոռոզիան առաջանում է օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիաների հետևանքով, երբ մետաղը, իր միջավայրում գտնվող որոշ նյութի հետ փոխազդեցության արդյունքում, վերածվում է անցանկալի միացության:

Ամենահայտնի կոռոզիոն պրոցեսներից մեկը երկաթի ժանգոտումն է։ Տնտեսական տեսանկյունից սա շատ կարեւոր գործընթաց է։ Ենթադրվում է, որ ԱՄՆ-ում տարեկան արտադրվող երկաթի 20%-ն օգտագործվում է ժանգոտվելու պատճառով անօգտագործելի դարձած երկաթից պատրաստված արտադրանքները փոխարինելու համար։

Հայտնի է, որ թթվածինը մասնակցում է երկաթի ժանգոտմանը. երկաթը ջրում չի օքսիդանում թթվածնի բացակայության դեպքում։ Ջուրը նույնպես մասնակցում է ժանգոտման գործընթացին. երկաթը չի քայքայվում թթվածնային յուղի մեջ, քանի դեռ դրա մեջ ջրի հետքեր չկան։ Ժանգոտումը արագանում է մի շարք գործոններով, ինչպիսիք են միջավայրի pH-ը, դրա մեջ աղերի առկայությունը, երկաթի շփումը մետաղի հետ, որն ավելի դժվար է օքսիդանալ, քան երկաթը, ինչպես նաև մեխանիկական սթրեսի ազդեցությամբ։

Երկաթի կոռոզիան սկզբունքորեն էլեկտրաքիմիական գործընթաց է: Երկաթի մակերևույթի որոշ տարածքներ ծառայում են որպես անոդ, որի վրա տեղի է ունենում դրա օքսիդացում.

Fe(պինդ) → Fe 2+ (aq) + 2e - Eº օքսիդ = 0,44 Վ

Այս դեպքում առաջացած էլեկտրոնները մետաղի միջով շարժվում են դեպի մակերեսի այլ տարածքներ, որոնք կատարում են կաթոդի դեր։ Նրանց վրա թթվածնի նվազում է տեղի ունենում.

O 2 (գ.) + 4H + (aq.) + 4e - → 2H 2 O (l.) Eº վերականգնում = 1,23 Վ

Նշենք, որ H + իոնները մասնակցում են O 2-ի կրճատման գործընթացին: Եթե H+-ի կոնցենտրացիան նվազում է (այսինքն, քանի որ pH-ն մեծանում է), O2-ի կրճատումն ավելի դժվար է դառնում: Նկատվել է, որ երկաթը 9-10-ից բարձր լուծույթի հետ շփվելիս չի կոռոզիայի ենթարկվում: Կոռոզիայի գործընթացում անոդում ձևավորված Fe 2+ իոնները օքսիդացվում են մինչև Fe 3+։ Fe 3+ իոնները առաջացնում են հիդրացված երկաթի (III) օքսիդ, որը կոչվում է ժանգ.

4Fe 2+ (aq.) + O 2 (գ.) + 4H 2 O (լ.) +2 X H 2 O (լ.) → 2Fe 2 O 3. x H2O ( tv.) + 8H + (aq.)

Քանի որ կաթոդի դերը սովորաբար խաղում է մակերեսի այն հատվածը, որը լավագույնս ապահովված է թթվածնի ներհոսքով, ժանգը առավել հաճախ հայտնվում է այդ հատվածներում։ Եթե ուշադիր զննեք բահը, որը որոշ ժամանակ կանգնած է եղել բաց, խոնավ օդի մեջ և կեղտը խրված է սայրին, ապա կնկատեք, որ մետաղի մակերեսի կեղտի տակ իջվածքներ են առաջացել, և ժանգը հայտնվել է ամենուր, որտեղ O2-ը կարող էր: թափանցել.

Աղերի առկայության դեպքում ավելացած կոռոզիայից հաճախ բախվում են վարորդները այն վայրերում, որտեղ ձմռանը ճանապարհներին առատորեն աղ են ցողում մերկասառույցի դեմ պայքարելու համար: Աղերի ազդեցությունը բացատրվում է նրանով, որ նրանց առաջացրած իոնները ստեղծում են փակ էլեկտրական շղթայի առաջացման համար անհրաժեշտ էլեկտրոլիտ։

Երկաթի մակերեսին անոդային և կաթոդիկ տեղամասերի առկայությունը հանգեցնում է դրա վրա երկու տարբեր քիմիական միջավայրերի ստեղծմանը։ Նրանք կարող են առաջանալ բյուրեղային ցանցում կեղտերի կամ թերությունների առկայության պատճառով (ըստ երևույթին, մետաղի ներսում սթրեսների պատճառով): Այն վայրերում, որտեղ կան այդպիսի կեղտեր կամ թերություններ, երկաթի որոշակի ատոմի մանրադիտակային միջավայրը կարող է հանգեցնել նրա օքսիդացման վիճակի փոքր-ինչ բարձրացման կամ նվազման բյուրեղային ցանցի նորմալ դիրքերից: Հետեւաբար, նման վայրերը կարող են խաղալ անոդների կամ կաթոդների դերը: Գերմաքուր երկաթը, որի դեպքում նման թերությունների թիվը հասցված է նվազագույնի, շատ ավելի քիչ հավանական է կոռոզիայի ենթարկվի, քան սովորական երկաթը:

Երկաթը հաճախ պատվում է ներկով կամ ինչ-որ այլ մետաղով, ինչպիսիք են անագը, ցինկը կամ քրոմը՝ դրա մակերեսը կոռոզիայից պաշտպանելու համար: Այսպես կոչված «թիթեղը» ստացվում է թիթեղը թիթեղի բարակ շերտով պատելով։ Անագը պաշտպանում է երկաթը միայն այնքան ժամանակ, քանի դեռ պաշտպանիչ շերտը մնում է անձեռնմխելի: Հենց որ այն վնասվում է, օդը և խոնավությունը սկսում են ազդել երկաթի վրա; Անագը նույնիսկ արագացնում է երկաթի կոռոզիան, քանի որ այն ծառայում է որպես կաթոդ էլեկտրաքիմիական կոռոզիայի գործընթացում: Երկաթի և անագի օքսիդացման պոտենցիալների համեմատությունը ցույց է տալիս, որ երկաթն ավելի հեշտ է օքսիդանում, քան անագը.

Fe (պինդ) → Fe 2+ (aq.) + 2e - Eº օքսիդ = 0,44 Վ

Sn (TV.) → Sn 2+ (aq.) + 2e - Eº օքսիդ = 0,14 Վ

Հետեւաբար, երկաթն այս դեպքում ծառայում է որպես անոդ եւ օքսիդացված է։

«Ցինկապատ» (ցինկապատ) երկաթը պատրաստվում է երկաթը ցինկի բարակ շերտով պատելով։ Ցինկը պաշտպանում է երկաթը կոռոզիայից նույնիսկ ծածկույթի ամբողջականությունը վնասելուց հետո: Այս դեպքում երկաթը կոռոզիայի գործընթացի ժամանակ կատարում է կաթոդի դեր, քանի որ ցինկը ավելի հեշտ է օքսիդանում, քան երկաթը.

Zn (պինդ) → Zn 2+ (aq.) + 2e - Eº օքսիդ = 0,76 Վ

Հետևաբար, ցինկը գործում է որպես անոդ և երկաթի փոխարեն կոռոզիայի ենթարկվում։ Այս տեսակի մետաղական պաշտպանությունը, որում այն կատարում է կաթոդի դեր էլեկտրաքիմիական կոռոզիայի գործընթացում, կոչվում է. կաթոդիկ պաշտպանություն.Գետնի տակ դրված խողովակները հաճախ պաշտպանվում են կոռոզիայից՝ դրանք դարձնելով էլեկտրաքիմիական բջիջի կաթոդ: Դա անելու համար որոշ ակտիվ մետաղի բլոկներ, առավել հաճախ՝ մագնեզիում, թաղվում են գետնին խողովակաշարի երկայնքով և մետաղալարով կապում խողովակներին: Խոնավ հողում ակտիվ մետաղը հանդես է գալիս որպես անոդ, իսկ երկաթե խողովակը ստանում է կաթոդիկ պաշտպանություն:

Թեև մեր քննարկումը կենտրոնացած է երկաթի վրա, այն միակ մետաղը չէ, որը ենթակա է կոռոզիայի: Միևնույն ժամանակ, կարող է տարօրինակ թվալ, որ բաց երկնքի տակ անզգուշորեն թողնված ալյումինե տարան անչափ ավելի դանդաղ է կոռոզիայից, քան երկաթը: Դատելով ալյումինի (Eº օքսիդ = 1,66 V) և երկաթի (Eº օքսիդ = 0,44 Վ) ստանդարտ օքսիդացման պոտենցիալներից, ապա պետք է ակնկալել, որ ալյումինի կոռոզիան պետք է տեղի ունենա շատ ավելի արագ: Ալյումինի դանդաղ կոռոզիան բացատրվում է նրանով, որ դրա մակերեսի վրա ձևավորվում է օքսիդի բարակ, խիտ թաղանթ՝ պաշտպանելով հիմքում ընկած մետաղը հետագա կոռոզիայից: Մագնեզիումը, որն ունի բարձր օքսիդացման պոտենցիալ, պաշտպանված է կոռոզիայից՝ միևնույն օքսիդ թաղանթի ձևավորման շնորհիվ: Ցավոք սրտի, երկաթի մակերևույթի օքսիդ թաղանթն ունի չափազանց թույլ կառուցվածք և ի վիճակի չէ ստեղծել հուսալի պաշտպանություն: Այնուամենայնիվ, լավ պաշտպանիչ օքսիդ թաղանթ է ձևավորվում երկաթ-քրոմ համաձուլվածքների մակերեսի վրա: Նման համաձուլվածքները կոչվում են չժանգոտվող պողպատ:

Redox գործընթացներ. Օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիաների (ORR) կազմում։ Տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխությունները հաշվի առնելու մեթոդ. OVR-ի տեսակները. OVR-ի պատրաստման իոն-էլեկտրոնային մեթոդ. Ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժի հայեցակարգը: Օգտագործելով ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալներ՝ որոշելու ռեդոքս գործընթացի հիմնարար հնարավորությունը:

Թեմա 4.2.1. Օքսիդացման վիճակ

Օքսիդացման թիվը դրական կամ բացասական թիվ է, որը վերագրվում է միացության յուրաքանչյուր ատոմին և հավասար է ատոմի լիցքին՝ ենթադրելով, որ միացության բոլոր քիմիական կապերը իոնային են։ Քանի որ զուտ իոնային քիմիական կապով միացություններ գոյություն չունեն, ատոմների իրական լիցքերը երբեք չեն համընկնում օքսիդացման վիճակների հետ: Այնուամենայնիվ, օքսիդացման վիճակների օգտագործումը թույլ է տալիս լուծել մի շարք քիմիական խնդիրներ։

Միացություններում տարրի օքսիդացման աստիճանը որոշվում է տվյալ տարրի քիմիական կապի ձևավորման մեջ ներգրավված վալենտային էլեկտրոնների քանակով։ Բայց սովորաբար տարրերի օքսիդացման վիճակները որոշելու համար նրանք չեն նկարագրում վալենտային էլեկտրոնների էլեկտրոնային կոնֆիգուրացիան, այլ օգտագործում են մի շարք էմպիրիկ կանոններ.

1. Ատոմների օքսիդացման վիճակների գումարը մասնիկի մեջ հավասար է նրա էլեկտրական լիցքին:

2. Պարզ նյութերում (կազմված են միայն մեկ տարրի ատոմներից) տարրի օքսիդացման աստիճանը զրո է։

3. Երկուական միացություններում (կազմված երկու տարրի ատոմներից) ավելի բարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող ատոմին վերագրվում է բացասական օքսիդացման վիճակ։ Սովորաբար, քիմիական միացությունների բանաձևերը գրվում են այնպես, որ ավելի էլեկտրաբացասական ատոմը հայտնվում է բանաձևում երկրորդը, չնայած որոշ բանաձևեր կարող են տարբեր կերպ գրվել.

Կամ (ընդհանուր նշում), կամ .

4. Բարդ միացություններում որոշ ատոմների հատկացվում են մշտական օքսիդացման վիճակներ.

- ֆտորը միշտ ունի -1 օքսիդացման աստիճան;

- մետաղական տարրերը սովորաբար ունենում են դրական օքսիդացման վիճակ.

– ջրածինը սովորաբար ունի +1 (,) օքսիդացման աստիճան, սակայն մետաղների (հիդրիդների) հետ միացություններում նրա օքսիդացման աստիճանը -1 է: , ;

– թթվածինը բնութագրվում է -2 օքսիդացման վիճակով, բայց ավելի էլեկտրաբացասական ֆտորով – , իսկ պերօքսիդի միացություններում՝ , , , (նատրիումի սուպերօքսիդ);

– տարրի առավելագույն դրական օքսիդացման վիճակը սովորաբար համընկնում է այն խմբի թվի հետ, որում գտնվում է տարրը (Աղյուսակ 1):

Բացառություններ.

1) առավելագույն օքսիդացման աստիճանը փոքր է խմբի համարից՝ F, O, He, Ne, Ar, կոբալտի ենթախումբ՝ Co(+2,+3); Rh, Ir (+3,+4,+6), նիկելի ենթախումբ՝ Ni (+2, հազվադեպ +4); Pd, Pt (+2, +4, հազվադեպ +6);

2) առավելագույն օքսիդացման աստիճանը խմբի համարից բարձր է՝ պղնձի ենթախմբի տարրեր՝ Cu (+1, +2), Au (+1, +3):

– ոչ մետաղական տարրերի ամենացածր բացասական օքսիդացման աստիճանը սահմանվում է որպես խմբի թիվ՝ հանած 8 (Աղյուսակ 4.1):

Աղյուսակ 4.1. Որոշ տարրերի օքսիդացման վիճակներ

Տարր	Խմբի համարը	Առավելագույն դրական օքսիդացման վիճակը	Նվազագույն բացասական օքսիդացման վիճակը
Նա
Ալ
Ն			5 – 8 = -3
Ս			6 – 8 = -2
Cl			7 – 8 = -1

Հաճախ դժվարություններ են առաջանում բարդ միացություններում՝ աղերում օքսիդացման վիճակները որոշելիս, որոնց բանաձևը պարունակում է մի քանի ատոմներ, որոնց դեպքում հնարավոր են տարբեր օքսիդացման վիճակներ։ Այս դեպքում չի կարելի անել առանց անօրգանական միացությունների հիմնական դասերի գենետիկական հարաբերությունների իմացության, մասնավորապես՝ թթուների բանաձևերի իմացության, որոնց ածանցյալները որոշակի աղեր են։

Օրինակ՝ որոշեք միացության տարրերի օքսիդացման վիճակը Cr2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 . Ուսանողի հիմնավորումն այս դեպքում կարող է կառուցվել հետևյալ կերպ. Cr2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 - սա ծծմբաթթվի միջին աղ է, որի մեջ տարրերի օքսիդացման վիճակները բավականին պարզ են դասավորվում: IN Cr2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 ծծումբը և թթվածինը ունեն նույն օքսիդացման աստիճանները, մինչդեռ սուլֆատ իոնն ունի 2-: Քրոմի օքսիդացման վիճակը որոշելը հեշտ է. Այսինքն, այս աղը քրոմի (III) սուլֆատ է.

Թեմա 4.2.2. Redox գործընթացներ

Օքսիդացման-վերականգնման ռեակցիաները (ORR) ռեակցիաներ են, որոնք տեղի են ունենում տարրերի օքսիդացման վիճակի փոփոխությամբ։ Օքսիդացման վիճակների փոփոխությունը տեղի է ունենում էլեկտրոնների մի մասնիկից մյուսը փոխանցելու պատճառով:

Մասնիկի էլեկտրոններ կորցնելու գործընթացը կոչվում է օքսիդացում, իսկ մասնիկը ինքնին օքսիդացված է: Մասնիկի էլեկտրոններ ստանալու գործընթացը կոչվում է կրճատում, իսկ մասնիկը ինքնին կրճատվում է: Այսինքն, ռեդոքս ռեակցիաները երկու հակադիր գործընթացների միասնությունն են:

Օքսիդացնող նյութը ռեագենտ է, որը պարունակում է մի տարր, որը ռեդոքս ռեակցիայի ժամանակ նվազեցնում է իր օքսիդացման վիճակը էլեկտրոնների ավելացման պատճառով։ Նվազեցնող նյութը ռեագենտ է, որը պարունակում է տարր, որը մեծացնում է իր օքսիդացման վիճակը՝ կորցնելով էլեկտրոններ։

Օրինակ:

նվազեցնող միջոց.

օքսիդիչ:

նվազեցնող միջոց.

օքսիդիչ:

Շատ ռեդոքս ռեակցիաներ ուղեկցվում են լուծույթի գույնի փոփոխությամբ։

Օրինակ:


Մանուշակ	կանաչ	շագանակագույն	անգույն

Շատ ռեդոքս ռեակցիաներ լայնորեն կիրառվում են գործնականում:

ՀԻՄՆԱԿԱՆ ՏԵՍԱԿՆԵՐ

ՌԵԴՈՔՍ ՌԵԱԿՑԻԱՆԵՐ

1) Միջմոլեկուլային (արտաքին գնդային էլեկտրոնների փոխանցման ռեակցիաներ) այն ռեակցիաներն են, որոնցում էլեկտրոնի փոխանցումը տեղի է ունենում տարբեր ռեագենտների միջև, այսինքն՝ օքսիդացնող և վերականգնող նյութը տարբեր նյութերի մաս են կազմում։

Լավ sssssssssssssssss

2) Ներմոլեկուլային (ներգնդային էլեկտրոնների փոխանցման ռեակցիաներ) - այս ռեակցիաներում նույն նյութի տարբեր տարրերի ատոմները օքսիդացնող և վերականգնող նյութ են:

3) Ինքնօքսիդացման ռեակցիաներ՝ ինքնաբուժում (անհամաչափություն) - այս ռեակցիաներում նույն տարրի օքսիդացման վիճակը և՛ մեծանում, և՛ նվազում է։

Թեմա 4.2.3. Տիպիկ օքսիդացնող նյութեր

1) կալիումի տետրոքսոմանգանատ (VII) -

Իոնի օքսիդացնող հատկությունները կախված են միջավայրի բնույթից.

Թթվային միջավայր.

Չեզոք միջավայր.

Ալկալային միջավայր.

2) կալիումի երկքրոմատ –

Օքսիդացնող հատկությունները կախված են նաև շրջակա միջավայրի բնույթից.

Թթվային միջավայր.

Չեզոք միջավայր.

Ալկալային միջավայր.

3) հալոգեններ.

4) Ջրածինը նոսր թթուներում.

5) խտացված ծծմբաթթու

Ծծմբի նվազեցման արտադրանքները կախված են վերականգնող նյութի բնույթից.

Ցածր ակտիվ մետաղ.

Միջին ակտիվության մետաղ.

Ակտիվ մետաղ.

6) Ազոտական թթու

Ցանկացած կոնցենտրացիայի ազոտական թթուում օքսիդացնող նյութը ոչ թե պրոտոններն են, այլ ազոտը, որն ունի +5 օքսիդացման աստիճան։ Հետևաբար, այս ռեակցիաներում ջրածինը երբեք չի ազատվում: Քանի որ ազոտն ունի օքսիդացման վիճակների լայն տեսականի, այն ունի նաև վերականգնող արտադրանքների լայն տեսականի: Ազոտական թթվի վերականգնողական արտադրանքները կախված են դրա կոնցենտրացիայից և վերականգնող նյութի ակտիվությունից:

Երբ կենտրոնացված ազոտական թթուն փոխազդում է մետաղների հետ, սովորաբար արտազատվում է ազոտի օքսիդ (IV), իսկ ոչ մետաղների դեպքում՝ ազոտի օքսիդ (II).

Փոխազդեցություն մետաղի հետ.

Փոխազդեցություն ոչ մետաղների հետ.

Երբ նոսր ազոտական թթուն փոխազդում է մետաղների հետ, արտադրանքը կախված է մետաղի ակտիվությունից.

Ցածր ակտիվ մետաղ.

Ակտիվ մետաղ.

- ակտիվ մետաղ և շատ նոսր թթու.

7) Օգտագործվում են նաև որպես օքսիդացնող նյութեր PbO2 , MnO2 .

Թեմա 4.2.4. Տիպիկ նվազեցնող միջոցներ

1). Հալիդի իոններ.

Շարքում նվազեցնող հատկությունները մեծանում են.

2). և նրա աղերը:

3). Ամոնիակ և ամոնիումի կատիոնային աղեր.

4). Ածանցյալներ:

Ջրային լուծույթներում կոմպլեքսները հեշտությամբ վերածվում են բարդույթների.

5). Բոլոր մետաղներն ունակ են, թեև տարբեր աստիճաններով, ցուցադրելու նվազեցնող հատկություններ:

6). Արդյունաբերությունն օգտագործում է ջրածին, ածխածին (ածխի կամ կոքսի տեսքով) և CO .

Թեմա 4.2.5. Միացություններ, որոնք կարող են դրսևորել ինչպես օքսիդացնող, այնպես էլ նվազեցնող հատկություններ

Որոշ տարրեր միջանկյալ օքսիդացման վիճակներում ունեն ռեդոքսային երկակիություն, այսինքն. Օքսիդացնող նյութերով նրանք կարող են գործել որպես վերականգնող նյութեր, իսկ վերականգնող նյութերի դեպքում՝ որպես օքսիդացնող նյութեր:

NaNO3; Na 2 SO 4; Ս; NH 2 OH; H2O2 . Օրինակ:

H2O2 - նվազեցնող միջոց.

H2O2 - օքսիդիչ.

Օրինակ , H2O2 կարող են ենթարկվել անհամաչափ ռեակցիաների.

Թեմա 4.2.3. Redox ռեակցիաների կազմը

OVR-ը կազմելու համար օգտագործվում են երկու մեթոդ.

1) էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդ.

Այս մեթոդը հիմնված է օքսիդացման վիճակների օգտագործման վրա:

Մանգանի օքսիդացման աստիճանը նվազում է 5 միավորով,

այս դեպքում քլորի օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 1 միավորով, սակայն հաշվի առնելով ստացված ռեակցիայի արտադրանքը՝ պարզ նյութ, որը պարունակում է 2 մոլ քլորի ատոմ, 2 միավորով։

Եկեք այս փաստարկները գրենք հաշվեկշռի տեսքով և գտնենք հիմնական գործակիցները՝ օգտագործելով ընդհանուր բազմապատիկի հայեցակարգը մեծացած թվերի համար։ այսինքն և օքսիդացման վիճակների նվազում.

Ստացված գործակիցները դնենք հավասարման մեջ։ Հաշվի առնենք, որ այն ոչ միայն օքսիդացնող նյութ է, այլև կապում է ռեակցիայի արտադրանքները՝ մանգան և կալիումի իոնները (օքսիդացման աստիճանն այս դեպքում չի փոխվում), այսինքն՝ նախկինում գործակիցը կլինի ավելի մեծ, քան բխում է. մնացորդը.

Մնացած գործակիցները գտնում ենք ատոմների մնացորդը հաշվելով, այնուհետև ատոմների հաշվեկշիռն օգտագործելով՝ գտնում ենք նախորդի վերջնական գործակիցը և օգտագործելով ատոմների հաշվեկշիռը՝ ջրի մոլերի քանակը։

Ընտրված գործակիցների ճիշտությունը ստուգելու համար մենք հաշվարկում ենք թթվածնի ատոմների մոլերի հավասարակշռությունը։ Ըստ վերջնական հավասարման՝ երևում է, որ ռեակցիայի համար վերցված 16 մոլ թթվից 10 մոլը ծախսվում է ռեդուկցիայի վրա, իսկ 6 մոլը՝ ռեակցիայի արդյունքում գոյացած մանգանի (II) և կալիումի իոնները կապելու վրա։

2) իոն-էլեկտրոնային մեթոդ (կիսառեակցիայի մեթոդ).

Օքսիդացնող նյութը իոնի մի մասն է:

Ատոմների հավասարակշռության վերականգնողական ռեակցիայի մասնակի հավասարման մեջ ջրածնի կատիոնները պետք է ավելացվեն ձախ կողմում՝ թթվածնի ատոմները ջրի մեջ կապելու համար,

և լիցքերը հավասարակշռելու համար հավասարման նույն ձախ կողմում ավելացրեք 5 մոլ էլեկտրոն: Մենք ստանում ենք.

Նվազեցնող նյութը իոն է, որը պարունակում է.

Օքսիդացման ռեակցիայի կոնկրետ հավասարման մեջ Ատոմները հավասարակշռելու համար ջրածնի կատիոնները պետք է ավելացվեն աջ կողմում՝ ավելորդ թթվածնի ատոմները ջրի մեջ կապելու համար, իսկ լիցքերը հավասարակշռելու համար հավասարման նույն աջ կողմում ավելացրեք 2 մոլ էլեկտրոն։ Մենք ստանում ենք.

Այսպիսով, մենք ունենք երկու կես արձագանք.

Հավասարեցնելու համար առաջին կես ռեակցիան բազմապատկեք 2-ով, իսկ երկրորդը 5-ով: Ավելացրե՛ք երկու կիսա-ռեակցիաները:

Լրիվ իոնային հավասարում.

Կրճատենք նույն պայմանները.

Կրճատումից հետո լրիվ իոնային հավասարման գործակիցները կարող են տեղափոխվել մոլեկուլային հավասարման։

Թեմա 4.2.4. Ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժի հայեցակարգը

Օքսիդացման ռեակցիայի առաջացման հավանականությունը դատվում է առանձին կես ռեակցիաների էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքներով:

Եթե մետաղական թիթեղը ընկղմված է այս մետաղի իոններ պարունակող լուծույթի մեջ, ապա մետաղ-լուծույթի միջերեսում կառաջանա պոտենցիալ տարբերություն, որը սովորաբար կոչվում է էլեկտրոդի պոտենցիալ φ: Էլեկտրոդի պոտենցիալները որոշվում են փորձարարական եղանակով։ Ստանդարտ պայմանների համար (լուծույթի կոնցենտրացիան 1 մոլ/լ, T = 298 Կ) այս պոտենցիալները կոչվում են ստանդարտ, նշանակված φ 0։ Ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալները սովորաբար չափվում են ստանդարտ ջրածնի էլեկտրոդի համեմատ և տրված են տեղեկատու աղյուսակներում:

2Н + + 2ē = Н 2 φ 0 = 0:

Էլեկտրոդի ստանդարտ ներուժը կապված է Գիբսի ազատ էներգիայի հետ: Ստանդարտ պայմաններում ռեակցիայի համար.

ΔG = - nFφ 0

Ֆարադեյի F հաստատունը (F=96500 C/mol), n-ը փոխանցված էլեկտրոնների թիվն է։

Էլեկտրոդի ներուժի արժեքը կախված է ռեակտիվների կոնցենտրացիայից և ջերմաստիճանից: Այս կախվածությունը արտահայտվում է Nernst հավասարմամբ.

որտեղ φ էլեկտրոդի ներուժի արժեքն է՝ կախված ջերմաստիճանից և կոնցենտրացիայից:

NO 3 - + 2ē + H 2 O = NO 2 - + 2OH - , φ 0 = - 0.01V

Հաշվի առնենք, որ = = 1 մոլ/լ, pH + pH = 14, pH = -log, log = -log - 14։

Էլեկտրոդի ներուժը կախված է pH միջավայրի թթվայնությունից: Լուծույթի թթվացման դեպքում (pH-ի նվազմամբ) կավելանա NO 3-ի օքսիդատիվ ֆունկցիան։

Թեմա 4.2.5. OVR հոսքի ուղղությունը

ռեդոքս ռեակցիաներ

Ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժի φ o արժեքով կարելի է դատել համակարգի նվազեցնող հատկությունների մասին. որքան բացասական է φ o-ի արժեքը, այնքան ավելի ուժեղ են նվազեցնող հատկությունները,իսկ կիսա-ռեակցիան ավելի հեշտ է ընթանում աջից ձախ:

Օրինակ, եկեք համեմատենք համակարգերը.

Li + + e ─ = Li, φ 0 = -3,045 V; Վերականգնող

Ba 2+ + 2e ─ = Ba, φ 0 = - 2,91B մետաղների ակտիվություն

Mg 2+ + 2e ─ = Mg, φ 0 = -2,363 V; ընկնում է, քանի որ այն մեծանում է

Zn 2+ + 2e – = Zn, φ о = -0,763 V ստանդարտ արժեք

Fe 2+ + 2e ─ = Fe, φ 0 = -0.44 V; էլեկտրոդի պոտենցիալ φՕ

Cd 2+ + 2e ─ = Cd, φ 0 = - 0,403 V;

Pd 2+ + 2e – = Pd, φ о = 0,987 Վ

Pt 2+ + 2e – = Pt, φ о = 1,188 Վ

Au 3+ + 3e ─ = Au, φ 0 = 1,50 Վ.

Վերոնշյալ համակարգերի շարքում φ o-ի նվազող բացասական արժեքը համապատասխանում է համակարգերի վերականգնողական հզորության նվազմանը: Լիթիումն ունի ամենամեծ վերականգնողական ունակությունը, այսինքն՝ լիթիումը ներկայացված մետաղներից ամենաակտիվն է, այն ամենահեշտ կորցնում է իր էլեկտրոնները և անցնում դրական օքսիդացման վիճակի։ Մետաղների վերականգնողական ակտիվությունը նվազում է Li - Ba - Mg - Zn - Fe - Cd - Pd - Pt - Au շարքերում։

Ելնելով էլեկտրոդների պոտենցիալների մեծությունից՝ Ն.Ն. Բեկետովը մետաղները դասավորել է այսպես կոչված մետաղների էլեկտրաքիմիական շարքում, որտեղ համեմատության կետ է ընդունվում ջրածնի էլեկտրոդի էլեկտրոդի պոտենցիալը։

Li Na K Mn Zn Cr Fe Co Ni Հ Cu Ag Pd Hg Pt Au

Մետաղների ակտիվությունը նվազում է

1) Մետաղներ լարման շարքում մինչև ջրածին (ակտիվ մետաղներ, որոնց համար φ 0 < 0), взаимодействуют с разбавленными кислотами с вытеснением водорода.

2) Յուրաքանչյուր հաջորդ մետաղ իր աղից տեղահանում է նախորդ մետաղները:

Որքան մեծ է φ o-ի արժեքը, այնքան ավելի ուժեղ են համակարգի օքսիդացնող հատկությունները, և կիսա-ռեակցիան ավելի հեշտ է ընթանում ձախից աջ:

Օրինակ, եկեք համեմատենք համակարգերը.

Ինչպես երևում է ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալների արժեքներից, F 2-ը ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութն է, F 2 - Cl 2 - Br 2 - I 2 շարքում, պարզ հալոգեն նյութերի օքսիդացնող հատկությունները նվազում են:

Համեմատելով տարբեր համակարգերի ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների արժեքները՝ կարելի է դատել ռեդոքսային ռեակցիայի ուղղությունը որպես ամբողջություն. φ o ավելի դրական արժեք ունեցող համակարգը օքսիդացնող նյութ է, իսկ ավելի քիչ դրական համակարգը։ ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժի արժեքը նվազեցնող նյութ է:

Օրինակ:

ա) Br 2 ստանալու համար Br իոնների օքսիդացումով կարող եք օգտագործել Cl 2.

Cl 2 + 2e – = 2Cl – , фо = 1,359 Վ

Br 2 + 2e – = 2Br – , фо = 1,065 Վ

Ընդհանուր ռեակցիա՝ Cl 2 + 2Br – = Br 2 + 2Cl –

Ամբողջական ռեակցիա՝ Cl 2 + 2 KBr = Br 2 + 2 KCl;

բ) և F 2-ը F իոնների օքսիդացումով ստանալու համար Cl 2-ը չի կարող օգտագործվել.

F 2 + 2e – = 2F – , φ о = 2,870 Վ

Cl 2 + 2e – = 2Cl – , фо = 1,359 Վ

Ընդհանուր ռեակցիա՝ F 2 + 2 Cl – = Cl 2 + 2F –, այսինքն՝ ռեակցիան Cl 2 + 2 КF = չի կարող տեղի ունենալ:

Հնարավոր է նաև որոշել ավելի բարդ ռեդոքս ռեակցիաների առաջացման ուղղությունը։

Օրինակ՝ պատասխանենք հարցին՝ հնարավո՞ր է թթվային միջավայրում MnO 4 – իոնները նվազեցնել Fe 3+ իոններով: Այսինքն, արձագանքը շարունակվում է.

MnO 4 – + H + + Fe 3+ = Mn 2+ + Fe 2+ + H 2 O ?

Հիմնական գործակիցը

MnO 4 – + 8H + + 5e – = Mn 2+ + 4H 2 O, φ о 1 = 1,505 V, 1

Քանի որ φ o 1 > φ o 2, առաջին կես ռեակցիան ընթանում է առաջի ուղղությամբ, իսկ երկրորդը, առաջինի համեմատ, հակառակ ուղղությամբ: Այնուհետև, հավասարեցնելով օքսիդացման և վերականգնողական ռեակցիաներում փոխանցված էլեկտրոնների քանակը, ստանում ենք հետևյալ ընդհանուր ռեակցիան.

Այս ռեակցիայի ժամանակ բոլոր միացությունների դիմաց գործակիցները կրկնապատկվում են՝ համեմատած իոնային հավասարման մեջ ստացված գործակիցների հետ, քանի որ ռեակցիայի արտադրանքը արտադրում է երկաթ (III) սուլֆատ, որն ունի Fe 2 (SO 4) 3 բանաձևը և պարունակում է 2 մոլ Fe։ (III) ատոմներ.

Պրակտիկա 4.2. Redox ռեակցիաներ

1. Օքսիդացման ռեակցիաների հավաքում մեթոդի միջոցով, որը հիմնված է միացության տարրերի օքսիդացման վիճակի փոփոխության վրա:

ՕՐԻՆԱԿ 1.

KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + ...

KMn +7 O 4 – օքսիդացնող նյութ. թթվային միջավայրում Mn +7 → Mn +2 օքսիդացման աստիճանը նվազում է 5 միավորով; Na 2 S +4 O 3 – վերականգնող նյութ՝ S +4 → S +6, օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 2 միավորով։ Գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ դնելու համար մենք գտնում ենք օքսիդացման վիճակների աճն ու նվազումը ցույց տվող թվերի բազմապատիկը.

Mn(VII) ատոմների 2 մոլի համար պահանջվում է 5 մոլ S(IV) ատոմ.

2 Mn +7 + 5 S +4 = 2 Mn +2 + 5 S +6 – սրանք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հիմնական գործակիցներն են: Ավելացնենք ռեակցիայի արտադրյալները, հիմնական գործակիցները փոխարինենք ռեակցիայի հավասարման մեջ, այնուհետև հաշվենք մյուս տարրերի մնացորդը՝ K, Na, S և H:

Ընտրված գործակիցների ճիշտությունը ստուգելու համար մենք հաշվարկում ենք թթվածնի ատոմների մոլերի հավասարակշռությունը։ Redox ռեակցիայի հավասարման գործակիցների գումարը 21 է։

ՕՐԻՆԱԿ 2.

Ավելացնել և հավասարակշռել ռեդոքս ռեակցիան.

KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 O → MnO 2 +…

KMn +7 O 4 – օքսիդացնող նյութ. չեզոք միջավայրում Mn +7 → Mn +4, օքսիդացման աստիճանը նվազում է 3 միավորով; Na 2 S +4 O 3 – վերականգնող նյութ՝ S +4 → S +6, օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 2 միավորով։ Գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ դնելու համար մենք գտնում ենք օքսիդացման վիճակների աճն ու նվազումը ցույց տվող թվերի բազմապատիկը.

Mn(VII) ատոմների 2 մոլի համար պահանջվում է 3 մոլ S(IV) ատոմ.

2 Mn +7 + 3 S +4 = 2 Mn +4 + 3 S +6 - սրանք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հիմնական գործակիցներն են: Ավելացնենք ռեակցիայի արտադրյալները, հիմնական գործակիցները փոխարինենք ռեակցիայի հավասարման մեջ, այնուհետև հաշվենք այլ տարրերի՝ K, Na և H:

Ընտրված գործակիցների ճիշտությունը ստուգելու համար մենք հաշվարկում ենք թթվածնի ատոմների մոլերի հավասարակշռությունը։ Redox ռեակցիայի հավասարման գործակիցների գումարը 13 է։

ՕՐԻՆԱԿ 3

Ավելացնել և հավասարակշռել ռեդոքս ռեակցիան.

KMnO 4 + Na 2 SO 3 + KOH → K 2 MnO 4 +…

KMn +7 O 4 – օքսիդացնող նյութ. ալկալային միջավայրում Mn +7 → Mn +6 օքսիդացման աստիճանը նվազում է 1 միավորով; Na 2 S +4 O 3 – վերականգնող նյութ՝ S +4 → S +6, օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 2 միավորով։ Գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ դնելու համար մենք գտնում ենք օքսիդացման վիճակների աճն ու նվազումը ցույց տվող թվերի բազմապատիկը.

Mn(VII) ատոմների 2 մոլի համար պահանջվում է 1 մոլ S(IV) ատոմ.

2 Mn +7 + S +4 = 2 Mn +6 + S +6 - սրանք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հիմնական գործակիցներն են: Ավելացնենք ռեակցիայի արտադրյալները, հիմնական գործակիցները փոխարինենք ռեակցիայի հավասարման մեջ, այնուհետև հաշվենք այլ տարրերի՝ K, Na և H:

Ընտրված գործակիցների ճիշտությունը ստուգելու համար մենք հաշվարկում ենք թթվածնի ատոմների մոլերի հավասարակշռությունը։

Redox ռեակցիայի հավասարման գործակիցների գումարը 9 է։

ՕՐԻՆԱԿ 4

Ավելացնել և հավասարակշռել ռեդոքս ռեակցիան.

K 2 Cr 2 O 7 + Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + ...

K 2 Cr 2 +6 O 7 – օքսիդացնող նյութ՝ 2Cr +6 → 2Cr +3, օքսիդացման աստիճանը նվազում է 6 միավորով; Na 2 S +4 O 3 – վերականգնող նյութ՝ S +4 → S +6, օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 2 միավորով։ Գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ դնելու համար մենք գտնում ենք օքսիդացման վիճակների աճն ու նվազումը ցույց տվող թվերի բազմապատիկը.

2 մոլ Cr(VI) ատոմների համար պահանջվում է 3 մոլ S(IV) ատոմ.

2 Cr +6 + 3 S +4 = 2 Cr +3 + 3 S +6 – սրանք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հիմնական գործակիցներն են: Ավելացնենք ռեակցիայի արտադրյալները, հիմնական գործակիցները փոխարինենք ռեակցիայի հավասարման մեջ, այնուհետև հաշվենք մյուս տարրերի մնացորդը՝ K, Na, S և H:

Ընտրված գործակիցների ճիշտությունը ստուգելու համար մենք հաշվարկում ենք թթվածնի ատոմների մոլերի հավասարակշռությունը։ Redox ռեակցիայի հավասարման գործակիցների գումարը 17 է։

ՕՐԻՆԱԿ 5

Redox ռեակցիայի հավասարման գործակիցների գումարը

K 2 MnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + ...

K 2 Mn +6 O 4 – օքսիդացնող նյութ. թթվային միջավայրում Mn +6 → Mn +2 օքսիդացման աստիճանը նվազում է 4 միավորով; Fe +2 SO 4 – վերականգնող նյութ՝ Fe +2 → Fe +3, օքսիդացման աստիճանը մեծանում է 1 միավորով։ Գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ դնելու համար մենք գտնում ենք օքսիդացման վիճակների աճն ու նվազումը ցույց տվող թվերի բազմապատիկը.

Mn(VII) ատոմների 1 մոլի համար պահանջվում է 4 մոլ Fe(II) ատոմ.

Mn +6 + 4 Fe +2 = Mn +2 + 4 Fe +3 – սրանք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հիմնական գործակիցներն են: Ավելացնենք ռեակցիայի արտադրյալները, հիմնական գործակիցները փոխարինենք ռեակցիայի հավասարման մեջ, այնուհետև հաշվենք այլ տարրերի՝ K, S և H:

2. Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով ռեդոքսային ռեակցիաների կազմում

ՕՐԻՆԱԿ 6

Եթե որպես օքսիդացնող նյութ օգտագործվում է կալիումի տետրոքսոմանգանատի (VII) թթվային լուծույթը.

ապա վերականգնող նյութը կարող է լինել համակարգը.

Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o = 0,771 Վ

Co 3+ + e – = Co 2+, φ o = 1,808 Վ

Ստանդարտ ռեդոքսային պոտենցիալի φ o արժեքով կարելի է դատել համակարգի ռեդոքսային հատկությունների մասին: Φ o-ի ավելի դրական արժեք ունեցող համակարգը օքսիդացնող նյութ է, իսկ ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալի պակաս դրական արժեք ունեցող համակարգը վերականգնող նյութ է: Հետևաբար, MnO 4 – + 8H + + 5e – = Mn 2+ + 4H 2 O, φ o = 1,505 V համակարգի համար վերականգնող նյութը կարող է լինել Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o = 0,771 Վ.

ՕՐԻՆԱԿ 7

Rh 3+ + 3e – = Rh, φ о = 0,8 Վ

Bi 3+ + 3e – = Bi, φ о = 0,317 Վ

Ni 2+ + 2e – = Ni, φ о = -0,250 Վ

2H + + 2e – = H 2, φ o = 0.0 Վ

Ո՞ր մետաղը կարող է լուծվել աղաթթվի մեջ.

Ստանդարտ էլեկտրոդի ներուժի φ o արժեքով կարելի է դատել համակարգի ռեդոքսային հատկությունների մասին: φ o-ի ավելի դրական արժեք ունեցող համակարգը օքսիդացնող նյութ է, իսկ ստանդարտ էլեկտրոդի պոտենցիալի պակաս դրական արժեք ունեցող համակարգը՝ վերականգնող նյութ: Աղաթթուում (HCl) H + կատիոնները օքսիդացնող նյութ են, ընդունում են էլեկտրոններ և կրճատվում են մինչև H2, այս ռեակցիայի համար φ o = 0 V: Հետևաբար, միայն այն մետաղն է լուծվում HCl-ում, որը կարող է վերականգնող նյութ լինել դրանց տակ: պայմաններ, այսինքն, որոնց համար φ O< 0, а именно никель:

Ni + 2 HCl = NiCl 2 + H 2

ՕՐԻՆԱԿ 8

Կես ռեակցիաների ստանդարտ էլեկտրոդային պոտենցիալների արժեքների հիման վրա.

Zn 2+ + 2e – = Zn, φ о = -0,763 Վ

Cd 2+ + 2e – = Cd, φ о = -0,403 Վ

Ո՞ր մետաղն է առավել ակտիվ:

Որքան ակտիվ է մետաղը, այնքան մեծ է նրա նվազող հատկությունը: Համակարգի նվազեցնող հատկությունները կարելի է դատել ստանդարտ ռեդոքսային պոտենցիալի φ o արժեքով. որքան բացասական է φ o-ի արժեքը, այնքան ավելի ուժեղ է համակարգի վերականգնող հատկությունները, և կիսա-ռեակցիան ավելի հեշտ է ընթանում աջից ձախ: . Հետևաբար, ցինկը մեծագույն վերականգնող հատկություն ունի, այսինքն՝ ցինկը ներկայացված մետաղներից ամենաակտիվն է։

ՕՐԻՆԱԿ 9

Եթե որպես օքսիդացնող նյութ օգտագործվում է երկաթի (III) քլորիդի թթվային լուծույթ.

ապա ո՞ր համակարգը կարող է վերականգնող նյութ լինել.

I 2 + 2e – = 2I – , φ о = 0,536 Վ

Br 2 + 2e – = 2Br – , фо = 1,065 Վ

Pb 4+ + 2e – = Pb 2+, φ o = 1,694 V?

Ստանդարտ ռեդոքսային պոտենցիալի φ o արժեքով կարելի է դատել համակարգի ռեդոքսային հատկությունների մասին: Φ o-ի ավելի դրական արժեք ունեցող համակարգը օքսիդացնող նյութ է, իսկ ստանդարտ ռեդոքս պոտենցիալի պակաս դրական արժեք ունեցող համակարգը՝ վերականգնող նյութ: Հետևաբար, Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o = 0,771 V համակարգի համար վերականգնող նյութը կարող է լինել I 2 + 2e – = 2I –, φ o = 0,536 V համակարգը:

Հիմնական գործակիցը

Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o 1 = 0,771 V 2

I 2 + 2e – = 2I – , φ o 2 = 0,536 V 1

Քանի որ φ o 1 >

2 Fe 3+ + 2I – = 2 Fe 2+ + I 2

Հակառակ նշանի իոններ ավելացնելով՝ ստանում ենք ամբողջական հավասարումը.

2 FeCl 3 + 2 KI = 2 FeCl 2 + 2 KCl + I 2

ՕՐԻՆԱԿ 10

Հնարավո՞ր է թթվային միջավայրում նվազեցնել MnO 4 – իոնները Fe 3+ իոններով:

Հարցը գրենք ռեակցիայի հավասարման տեսքով.

MnO 4 – + H + + Fe 3+ = Mn 2+ + Fe 2+ + H 2 O:

Եկեք ընտրենք համապատասխան կիսա-ռեակցիաները հղման աղյուսակից և ներկայացնենք դրանց ստանդարտ էլեկտրոդների պոտենցիալները.

Հիմնական գործակիցը

MnO 4 – + 8H + + 5e – = Mn 2+ + 4H 2 O, φ o 1 = 1,505 V, 1

Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o 2 = 0,771 V 5

MnO 4 – + 8H + + 5 Fe 3+ = Mn 2+ + 5Fe 2+ + 4H 2 O

Այսինքն՝ հնարավոր է նվազեցնել MnO 4 – իոնները Fe 3+ իոններով թթվային միջավայրում։ Ամբողջական արձագանքը նման է.

Այս ռեակցիայում բոլոր միացությունների գործակիցները կրկնապատկվում են՝ համեմատած իոնային հավասարման մեջ ստացված գործակիցների հետ, քանի որ ռեակցիայի արտադրանքները արտադրում են երկաթ (III) սուլֆատ՝ ունենալով Fe 2 (SO 4) 3 բանաձևը։

ԱՆԿԱԽ ԼՈՒԾՄԱՆ ԱՌԱՋԱԴՐԱՆՔՆԵՐ

1. Որոշե՛ք միացություններում տարրերի օքսիդացման աստիճանները.

Հ 3 P.O. 4 , Կ 3 P.O. 4 , Ն 2 Օ 5 , Ն.Հ. 3 , Cl 2 , KCl, KClO 3 , Ք.ա(ClO 4 ) 2 , Ն.Հ. 4 Cl, ՀՆՕ 2 , Լի, Լի 3 Ն, Մգ 3 Ն 2 , Ն.Ֆ 3 , Ն 2 , Ն.Հ. 4 ՈՉ 3 , Հ 2 Օ, Հ 2 Օ 2 , KOH, ԿՀ, Կ 2Օ 2 , BaO, BaO 2 , ՕՐ 2 , Ֆ 2 , Ն.Ֆ 3 , Նա 2 Ս, FeS, FeS 2 , NaHS, Նա 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 , NaHSO 4 , ԱՅՍՊԵՍ 2 , SOCl 2 , ԱՅՍՊԵՍ 2 Cl 2 , MnO 2 , Մն(Օհ) 2 , KMnO 4 , Կ 2 MnO 4 , Քր, Քր(Օհ) 2 , Քր(Օհ) 3 , Կ 2 CrO 4 , Կ 2 Քր 2 Օ 7 , (Ն.Հ. 4 ) 2 Քր 2 Օ 7 , Կ 3 [ Ալ(Օհ) 6 ], Նա 2 [ Zn(Օհ) 4 ], Կ 2 [ ZnCl 4 ], Հ 2 ԱՅՍՊԵՍ 3 , FeSO 3 , Ֆե 2 (ԱՅՍՊԵՍ 3 ) 3 , Հ 3 P.O. 4 , Cu 3 P.O. 4 , Cu 3 (P.O. 4 ) 2 , Նա 2 SiO 3 , MnSiO 3 , PbSO 4 , Ալ 2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 , Ֆե 2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 , Ն.Հ. 4 Cl, (Ն.Հ. 4 ) 2 ԱՅՍՊԵՍ 4 , Քր 2 (ԱՅՍՊԵՍ 4 ) 3 , CrSO 4 , NiSO 4 , [ Zn(Օհ 2 ) 6 ] ԱՅՍՊԵՍ 4 , Ֆե(ՈՉ 3 ) 2 , Ֆե(ՈՉ 3 ) 3 , PbCO 3 , Բի 2 (CO 3 ) 3 , Ագ 2 Ս, Հգ 2 Ս, HgS, Ֆե 2 Ս 3 , FeS, SnSO 4 .

2. Նշեք օքսիդացնող նյութը և վերականգնող նյութը, կազմեք օքսիդացման վիճակների փոփոխությունների դիագրամներ, ավելացրեք և տեղադրեք գործակիցները ռեակցիայի հավասարման մեջ.

Ա. MnO 2 + HCl (կոնկ) →

բ. KMnO 4 +H 2 S + H 2 SO 4 →

Վ. FeCl 3 + SnCl 2 →

է. KMnO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 → O 2

դ. Br 2 + KOH →

ե. Zn + HNO 3 → NH 4 NO 3 +…

և. Cu + HNO 3 → NO 2 + …

հ. K 2 MnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 →

Եվ. K 2 Cr 2 O 7 + (NH 4) 2 S + H 2 O → Cr (OH) 3 + …+ NH 3 +…

ժ. H 2 S + Cl 2 →

լ. K 2 Cr 2 O 7 +HCl → CrCl 3 + ...

մ FeCl 3 + H 2 S →

n. KMnO 4 + NaNO 2 + H 2 SO 4 →

Օ. Cl 2 + KOH →

ա) Էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա մետաղները դասավորել վերականգնող հատկությունների աճի կարգով.

Ba 2+ + 2e ─ = Ba, φ 0 = -2,91 B;

Au 3+ + 3e ─ = Au, φ 0 = 1,50 Վ;

Fe 2+ + 2e ─ = Fe, φ 0 = -0,44 Բ.

Ինչ է տեղի ունենում, երբ երկաթե ափսեը ընկղմվում է AuCl 3 լուծույթի մեջ

բ) Կես ռեակցիաների էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա

MnO 4 – + 8H + + 5e – = Mn 2+ + 4H 2 O, φ о = 1,505 Վ,

Pb 4+ + 2e – = Pb 2+, φ o = 1,694 Վ

խելամիտ պատասխան տվեք հարցին՝ հնարավո՞ր է Pb 4+ իոնների միջոցով օքսիդացնել Mn 2+ իոնները։ Տրե՛ք ընդհանուր ռեակցիան, նշե՛ք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը:

գ) Ելնելով կիսա-ռեակցիաների էլեկտրոդների պոտենցիալների ստանդարտ արժեքներից, ողջամիտ պատասխան տվեք այն հարցին, թե հնարավո՞ր է օքսիդացնել Fe 2+ իոնները Pb 4+ իոնների միջոցով: Տրե՛ք ընդհանուր ռեակցիան, նշե՛ք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը:

դ) Էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա մետաղները դասավորել վերականգնող հատկությունների աճի կարգով.

Mg 2+ + 2e ─ = Mg

Cd 2+ + 2e ─ = Cd

Сu 2+ + 2e ─ = Cu

Ի՞նչ է տեղի ունենում, երբ պղնձե ափսեը ընկղմվում է կադմիումի քլորիդի լուծույթի մեջ:

ե) Կիսի ռեակցիաների էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա

Իր 3+ + 3e – = Իր,

NO 3 - + 4H + + 3e – = NO + 2H 2 O,

Պատճառաբանե՛ք հարցին՝ արդյո՞ք իրիդիումը լուծվում է ազոտական թթուում: Տրե՛ք ընդհանուր ռեակցիան, նշե՛ք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը

զ) Էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա դասավորել հալոգենները՝ ըստ դրանց օքսիդացման հատկությունների մեծացման.

Cl 2 + 2e ─ = 2Cl ─ φ 0 = 1.359 V;

Br 2 + 2e ─ = 2Br ─ φ 0 = 1,065 V;

I 2 + 2e ─ = 2I ─ φ 0 = 0,536 V;

F 2 + 2e ─ = 2F ─ φ 0 = 2,87 Վ.

Ապացուցե՛ք, արդյոք հնարավո՞ր է օգտագործել Br իոնների ─ քլոր Cl 2 օքսիդացման ռեակցիան բրոմ արտադրելու համար:

է) Կիսարեակցիաների էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա

Fe 3+ + e – = Fe 2+, φ o = 0,771 Վ,

Br 2 + 2e – = 2Br – , фо = 1,065 Վ

խելամիտ պատասխան տվեք հարցին՝ հնարավո՞ր է օքսիդացնել Fe 2+ իոնները՝ օգտագործելով Br 2: Տրե՛ք ընդհանուր ռեակցիան, նշե՛ք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը:

ը) Էլեկտրոդային պոտենցիալների ստանդարտ արժեքների հիման վրա մետաղները դասավորել վերականգնող հատկությունների աճի կարգով.

Zn 2+ + 2e – = Zn, φ о = - 0,763 Վ

Hg 2+ + 2e – = Hg, фо = 0,850 Վ

Cd 2+ + 2e – = Cd, φ o = - 0,403 Վ.

Ի՞նչ է պատահում, երբ կադմիումի ափսեը ընկղմվում է ցինկի քլորիդի լուծույթի մեջ:

Քիմիական ռեակցիաների առաջացումը հիմնականում որոշվում է արձագանքող նյութերի միջև մասնիկների փոխանակմամբ: Հաճախ փոխանակումն ուղեկցվում է էլեկտրոնների մի մասնիկից մյուսին տեղափոխմամբ։ Այսպիսով, երբ ցինկը փոխարինում է պղնձին պղնձի (II) սուլֆատի լուծույթում.

Zn(ներ) + CuSO 4 (p) = ZnSO 4 (p) + Cu(ներ)

Ցինկի ատոմներից էլեկտրոնները գնում են պղնձի իոններ.

Zn 0 = Zn 2+ + 2 ե,

Cu 2+ + 2 ե= Cu 0,

կամ ընդհանուր՝ Zn 0 + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu 0:

Մասնիկի էլեկտրոններ կորցնելու գործընթացը կոչվում է օքսիդացում , իսկ էլեկտրոնների ձեռքբերման պրոցեսն է վերականգնում . Օքսիդացումը և վերականգնումը տեղի են ունենում միաժամանակ, հետևաբար փոխազդեցությունները, որոնք ուղեկցվում են էլեկտրոնների մի մասնիկից մյուսին տեղափոխմամբ, կոչվում են. Redox ռեակցիաներ (ORR):

OVR-ի նկարագրության հարմարության համար օգտագործվում է հայեցակարգը օքսիդացման վիճակներ - արժեք, որը թվայինորեն հավասար է տարրի ստացած պաշտոնական լիցքին՝ հիմնված այն ենթադրության վրա, որ նրա յուրաքանչյուր կապից բոլոր էլեկտրոնները տեղափոխվել են տվյալ միացության ավելի էլեկտրաբացասական ատոմ: Redox ռեակցիայի առաջացումը ուղեկցվում է նյութերի ռեակցիայի մեջ ներգրավված տարրերի օքսիդացման վիճակների փոփոխությամբ. . Երբ կրճատվում է, տարրի օքսիդացման աստիճանը նվազում է, երբ օքսիդացվում է, այն մեծանում է: . Այն նյութը, որը պարունակում է տարր, որը նվազեցնում է իր օքսիդացման վիճակը, կոչվում է օքսիդացնող նյութ ; կոչվում է նյութ, որը պարունակում է տարր, որը բարձրացնում է օքսիդացման վիճակը նվազեցնող միջոց .

Միացության մեջ տարրի օքսիդացման վիճակը որոշվում է հետևյալ կանոնների համաձայն:

1) պարզ նյութում տարրի օքսիդացման վիճակը զրոյական է.

2) մոլեկուլում ատոմների բոլոր օքսիդացման վիճակների հանրահաշվական գումարը հավասար է զրոյի.

3) բարդ իոնում ատոմների բոլոր օքսիդացման վիճակների հանրահաշվական գումարը, ինչպես նաև պարզ միատոմ իոնում տարրի օքսիդացման աստիճանը հավասար է իոնի լիցքին.

4) միացության մեջ բացասական օքսիդացման վիճակ է դրսևորվում ամենաբարձր էլեկտրաբացասականություն ունեցող տարրի ատոմներով.

5) տարրի առավելագույն հնարավոր (դրական) օքսիդացման աստիճանը համապատասխանում է այն խմբի թվին, որում տարրը գտնվում է Պարբերական աղյուսակում D.I. Մենդելեևը.

Միացությունների մի շարք տարրեր ցուցադրում են օքսիդացման մշտական վիճակ.

1) ֆտորը, որն ունի ամենաբարձր էլեկտրաբացասականությունը տարրերի մեջ, բոլոր միացություններում ունի –1 օքսիդացման աստիճան.

2) միացություններում ջրածինը ցուցադրում է +1 օքսիդացման աստիճան, բացառությամբ մետաղների հիդրիդների (–1).

3) IA ենթախմբի մետաղները բոլոր միացություններում ունեն +1 օքսիդացման աստիճան.

4) IIA ենթախմբի մետաղները, ինչպես նաև ցինկը և կադմիումը բոլոր միացություններում ունեն +2 օքսիդացման աստիճան.

5) ալյումինի օքսիդացման աստիճանը միացություններում +3.

6) միացություններում թթվածնի օքսիդացման աստիճանը –2 է, բացառությամբ այն միացությունների, որոնցում թթվածինը առկա է մոլեկուլային իոնների տեսքով՝ O 2 +, O 2 -, O 2 2 -, O 3 -, ինչպես նաև. ֆտորիդներ O x F 2.

Միացության տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակները գրված են տվյալ տարրի խորհրդանիշի վերևում՝ նախ նշելով օքսիդացման վիճակի նշանը, այնուհետև նրա թվային արժեքը, օրինակ՝ K +1 Mn +7 O 4 -2, հակադրվում է իոնի լիցքին, որը գրված է աջ կողմում՝ նշելով նախ լիցքի թիվը, ապա ստորագրել՝ Fe 2+, SO 4 2–։

Տարբեր տարրերի ատոմների ռեդոքս հատկությունները դրսևորվում են կախված բազմաթիվ գործոններից, որոնցից ամենակարևորներն են տարրի էլեկտրոնային կառուցվածքը, նյութում դրա օքսիդացման վիճակը և ռեակցիայի այլ մասնակիցների հատկությունների բնույթը:

Միացություններ, որոնք պարունակում են տարրերի ատոմներ իրենց առավելագույն (դրական) օքսիդացման վիճակում, օրինակ՝ K +1 Mn +7 O 4 -2, K 2 +1 Cr +6 2 O 7 -2, H + N +5 O 3 - 2, Pb +4 O 2 -2, կարող է կրճատվել միայն՝ հանդես գալով որպես օքսիդացնող նյութեր:

Իրենց նվազագույն օքսիդացման վիճակում գտնվող տարրեր պարունակող միացությունները, օրինակ՝ N -3 H 3, H 2 S -2, HI -1, կարող են միայն օքսիդանալ և գործել որպես վերականգնող նյութեր։

Միջանկյալ օքսիդացման վիճակներում տարրեր պարունակող նյութերը, օրինակ՝ H + N +3 O 2, H 2 O 2 -1, S 0, I 2 0, Cr +3 Cl 3, Mn +4 O 2 -2, ունեն. Redox երկակիություն. Կախված ռեակցիայի գործընկերոջից՝ նման նյութերը կարող են և՛ ընդունել, և՛ նվիրաբերել էլեկտրոններ։ Կրճատման և օքսիդացման արտադրանքի բաղադրությունը նույնպես կախված է բազմաթիվ գործոններից, ներառյալ միջավայրը, որտեղ տեղի է ունենում քիմիական ռեակցիան, ռեագենտների կոնցենտրացիան և օքսիդացման ռեդոքս գործընթացում գործընկերոջ ակտիվությունը: Redox ռեակցիայի հավասարում ստեղծելու համար դուք պետք է իմանաք, թե ինչպես են փոխվում տարրերի օքսիդացման վիճակները և ինչ այլ միացությունների են վերածվում օքսիդացնող և վերականգնող նյութը:

Redox ռեակցիաների դասակարգում.Կան չորս տեսակի ռեդոքս ռեակցիաներ.

1. Միջմոլեկուլային– ռեակցիաներ, որոնցում օքսիդացնող և վերականգնող նյութը տարբեր նյութեր են՝ Zn 0 + Cu + 2 SO 4 = Zn + 2 SO 4 + Cu 0:

2. Բարդ միացությունների ջերմային տարրալուծման ժամանակ, որոնք ներառում են օքսիդացնող և վերականգնող նյութ՝ տարբեր տարրերի ատոմների տեսքով, տեղի են ունենում ռեդոքս ռեակցիաներ, որոնք կոչվում են. ներմոլեկուլային(N -3 H 4) 2 Cr +6 2 O 7 = N 2 0 + Cr +3 2 O 3 + 4H 2 O:

3. Ռեակցիաներ անհամաչափությունկարող է առաջանալ, եթե միջանկյալ օքսիդացման վիճակում գտնվող տարրեր պարունակող միացությունները ենթարկվեն անկայուն պայմանների (օրինակ՝ բարձր ջերմաստիճանում): Այս տարրի օքսիդացման աստիճանը և՛ մեծանում է, և՛ նվազում՝ 2H 2 O 2 -1 = O 0 2 + 2 H 2 O -2:

4. Ռեակցիաներ հակահամամասնություն- սրանք օքսիդացնող նյութի և վերականգնող նյութի փոխազդեցության գործընթացներ են, որոնք ներառում են նույն տարրը տարբեր օքսիդացման վիճակներում: Արդյունքում, օքսիդացման արտադրանքը և վերականգնողական արտադրանքը տվյալ տարրի ատոմների միջանկյալ օքսիդացման վիճակ ունեցող նյութ է.

Na 2 S +4 O 3 + 2Na 2 S -2 + 6HCl = 3S 0 + 6NaCl + 3H 2 O:

Կան նաև հակասական ռեակցիաներ. Օրինակ, ներմոլեկուլային հակահամամասնական ռեակցիան ներառում է ամոնիումի նիտրատի քայքայման ռեակցիան՝ N -3 H 4 N +5 O 3 = N +1 2 O + 2H 2 O:

Redox ռեակցիաների հավասարումների կազմում:Օքսիդացման ռեակցիաների համար հավասարումներ կազմելու համար առավել հաճախ օգտագործվում են էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը և էլեկտրոն-իոն կիսա-ռեակցիայի մեթոդը։

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդսովորաբար օգտագործվում է գազերի, պինդ մարմինների և հալվածքների միջև տեղի ունեցող ռեդոքս ռեակցիաների հավասարումներ կազմելու համար: Գործողությունների հաջորդականությունը հետևյալն է.

1. Գրե՛ք ռեակտիվների և ռեակցիայի արգասիքների բանաձևերը մոլեկուլային ձևով՝ FeCl 3 + H 2 S → FeCl 2 + S + HCl;

2. Որոշի՛ր ռեակցիայի ընթացքում այն փոխող ատոմների օքսիդացման վիճակը՝ Fe 3+ Cl 3 + H 2 S -2 → Fe 2+ Cl 2 + S 0 + HCl;

3. Օքսիդացման վիճակների փոփոխության հիման վրա որոշվում է վերականգնող նյութի կողմից տրված էլեկտրոնների թիվը և օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների քանակը. կազմել էլեկտրոնային հաշվեկշիռ՝ հաշվի առնելով տրված և ստացված էլեկտրոնների թվի հավասարության սկզբունքը.

Fe +3 +1 ե= Fe +2 ½ ∙2

S -2 – 2 ե= S 0 ½ ∙1

4. Էլեկտրոնային հավասարակշռության գործակիցները գրվում են ռեդոքս ռեակցիայի հավասարման մեջ որպես հիմնական ստոյխիոմետրիկ գործակիցներ՝ 2FeCl 3 + H 2 S → 2FeCl 2 + S + HCl:

5. Ընտրեք ռեակցիայի մնացած մասնակիցների ստոյխիոմետրիկ գործակիցները՝ 2FeCl 3 + H 2 S = 2FeCl 2 + S + 2HCl:

Էլեկտրոն-իոն կիսարեակցիայի մեթոդօգտագործվում է ջրային լուծույթում տեղի ունեցող ռեակցիաների, ինչպես նաև այն նյութերի հետ կապված ռեակցիաների համար հավասարումներ կազմելու համար, որոնցում դժվար է որոշել տարրերի օքսիդացման աստիճանները: Ըստ այս մեթոդի, առանձնանում են ռեակցիայի հավասարման կազմման հետևյալ հիմնական փուլերը.

1. Գրեք պրոցեսի ընդհանուր մոլեկուլային դիագրամը՝ նշելով վերականգնող նյութը, օքսիդացնող նյութը և այն միջավայրը, որում տեղի է ունենում ռեակցիան (թթվային, չեզոք կամ ալկալային): Օրինակ:

SO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (նոսրացված) → ...

2. Հաշվի առնելով էլեկտրոլիտների տարանջատումը ջրային լուծույթում՝ այս սխեման ներկայացված է մոլեկուլային-իոնային փոխազդեցության տեսքով։ Իոնները, որոնց ատոմների օքսիդացման աստիճանները չեն փոխվում, գծապատկերում նշված չեն, բացառությամբ H + և OH - իոնների.

SO 2 + Cr 2 O 7 2– + H + → ...

3. Որոշել վերականգնող նյութի և օքսիդացնող նյութի օքսիդացման վիճակները, ինչպես նաև դրանց փոխազդեցության արգասիքները.

4. Գրե՛ք օքսիդացման և վերականգնողական կիսա-ռեակցիաների նյութական հավասարակշռությունը.

5. Կիսարակցիաները ամփոփե՛ք՝ հաշվի առնելով տրված եւ ստացված էլեկտրոնների հավասարության սկզբունքը.

SO 2 + 2H 2 O – 2 ե= SO 4 2– + 4H + ½ ∙3

Cr 2 O 7 2– + 14H + + 6 ե= 2Cr 3+ + 7H 2 O ½ ∙1

3SO 2 + 6H 2 O + Cr 2 O 7 2– + 14H + = 3SO 4 2– + 12H + + 2Cr 3+ + 7H 2 O

համանուն մասնիկները կրճատելով՝ ստանում ենք ընդհանուր իոն-մոլեկուլային հավասարումը.

3SO 2 + Cr 2 O 7 2– + 2H + = 3SO 4 2– + 2Cr 3+ + H 2 O:

6. Ավելացրե՛ք օքսիդացում-վերականգնման գործընթացին չմասնակցած իոնները, աջ ու ձախ հավասարեցրե՛ք դրանց քանակները և գրե՛ք ռեակցիայի մոլեկուլային հավասարումը.

3SO 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 (նոսրացված) = Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O:

Օքսիդացման և նվազեցման կիսա-ռեակցիաների համար նյութական հաշվեկշիռ կազմելիս, երբ օքսիդացնող և վերականգնող նյութի մասնիկներում ընդգրկված թթվածնի ատոմների թիվը փոխվում է, պետք է հաշվի առնել, որ ջրային լուծույթներում տեղի է ունենում թթվածնի միացում կամ ավելացում. ջրի մոլեկուլների և միջավայրի իոնների մասնակցությամբ։

Օքսիդացման գործընթացում թթվածնի մեկ ատոմի համար, որը կցվում է վերականգնող նյութի մասնիկին, թթվային և չեզոք միջավայրերում սպառվում է ջրի մեկ մոլեկուլ և ձևավորվում է երկու H + իոն. Ալկալային միջավայրում սպառվում են երկու հիդրօքսիդ իոններ OH - և ձևավորվում է ջրի մեկ մոլեկուլ:

Կրճատման գործընթացում թթվային միջավայրում օքսիդացնող նյութի մասնիկի մեկ թթվածնի ատոմը կապելու համար սպառվում է երկու H + իոն և ձևավորվում է մեկ ջրի մոլեկուլ. չեզոք և ալկալային միջավայրերում սպառվում է մեկ H 2 O մոլեկուլ և ձևավորվում է երկու OH - իոն (Աղյուսակ 2):

աղյուսակ 2

Թթվածնի ատոմների հաշվեկշիռը

Redox ռեակցիաներում

Հավասարումներ կազմելիս պետք է հաշվի առնել, որ օքսիդացնող նյութը (կամ վերականգնող նյութը) կարող է սպառվել ոչ միայն հիմնական ռեդոքսային ռեակցիայի մեջ, այլև արդյունքում ստացված ռեակցիայի արտադրանքները կապելիս, այսինքն. հանդես գալ որպես միջին և աղի ձևավորում: Օրինակ, երբ միջավայրի դերը խաղում է օքսիդացնող նյութը, մետաղի օքսիդացման ռեակցիան է ազոտաթթվի մեջ.

3Cu + 2HNO3 (օքսիդիչ) + 6HNO3 (միջին) = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

կամ 3Cu + 8HNO 3(dil) = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O:

Օրինակ, երբ վերականգնող նյութը միջավայրն է, որտեղ տեղի է ունենում ռեակցիան, աղաթթվի օքսիդացումն է կալիումի երկքրոմատով. 7H 2 O

կամ 14HCl + K 2 Cr 2 O 7 = 2CrCl 3 + 3Cl 2 + 2KCl + 7H 2 O:

Redox ռեակցիաների մասնակիցների քանակական, զանգվածային և ծավալային հարաբերությունները հաշվարկելիս օգտագործվում են քիմիայի հիմնական ստոյխիոմետրիկ օրենքները և, մասնավորապես, համարժեքների օրենքը, հաշվի առնելով, որ. համարժեք համարըՕքսիդացնող նյութի համարժեք թիվը հավասար է էլեկտրոնների քանակին, որոնք ընդունում է օքսիդացնող նյութի մեկ բանաձևային միավորը, իսկ վերականգնող նյութի համարժեք թիվը հավասար է էլեկտրոնների քանակին, որոնք տալիս է վերականգնող նյութի մեկ բանաձևային միավորը:

Առնչվող տեղեկություններ.