Az egyes atomok és az ionok redox tulajdonságai a modern kémia fontos kérdései. Ez az anyag segít az elemek és anyagok aktivitásának magyarázatában, a különböző atomok kémiai tulajdonságainak részletes összehasonlításában.
Mi az oxidálószer?
Sok kémia feladat, köztük a 11. évfolyamon az egységes államvizsga és a 9. osztályos OGE tesztkérdései kapcsolódnak ehhez a fogalomhoz. Oxidálószernek tekintjük azokat az atomokat vagy ionokat, amelyek a kémiai kölcsönhatás során elektronokat fogadnak el egy másik iontól vagy atomtól. Ha az atomok oxidációs tulajdonságait elemezzük, akkor Mengyelejev periodikus rendszerére van szükségünk. A táblázatban balról jobbra elhelyezkedő periódusokban az atomok oxidációs képessége növekszik, azaz a nemfémes tulajdonságokhoz hasonlóan változik. A fő alcsoportokban ez a paraméter fentről lefelé csökken. A legerősebb, oxidáló képességgel rendelkező egyszerű anyagok között a fluor áll az élen. Olyan kifejezés, mint az "elektronegativitás", vagyis az atom felvevő képessége kémiai kölcsönhatás eseténelektronok, az oxidáló tulajdonságok szinonimájának tekinthetők. A két vagy több kémiai elemből álló összetett anyagok között erős oxidálószerek jöhetnek számításba: kálium-permanganát, kálium-klorát, ózon.
Mi az a redukálószer
Az atomok redukáló tulajdonságai az egyszerű anyagokra jellemzőek, amelyek fémes tulajdonságokat mutatnak. A periódusos rendszerben a fémes tulajdonságok periódusonként balról jobbra gyengülnek, a fő alcsoportokban (függőlegesen) pedig nőnek. A visszanyerés lényege az elektronok visszatérése, amelyek a külső energiaszinten helyezkednek el. Minél nagyobb az elektronhéjak (szintek) száma, annál könnyebb a kémiai kölcsönhatás során "felesleges" elektronok leadása.
Az aktív (alkáli, alkáliföldfém) fémek kiváló redukáló tulajdonságokkal rendelkeznek. Ezen kívül a hasonló paramétereket mutató anyagok közül kiemeljük a kén-oxidot (6), a szén-monoxidot. A maximális oxidációs állapot elérése érdekében ezeknek a vegyületeknek redukáló tulajdonságokat kell mutatniuk.
Oxidációs folyamat
Ha egy kémiai kölcsönhatás során egy atom vagy egy ion elektronokat ad egy másik atomnak (ionnak), akkor az oxidáció folyamatáról beszélünk. A redukáló tulajdonságok és az oxidációs teljesítmény változásának elemzéséhez szükség lesz egy periódusos elemrendszerre, valamint a modern fizika törvényeinek ismeretére.
Restaurálási folyamat
A redukciós folyamatok magukban foglalják bármelyik ion általi elfogadásátmás atomokból (ionokból) származó elektronok atomjai közvetlen kémiai kölcsönhatás során. Kiváló redukálószerek a nitritek, alkálifém-szulfitok. Az elemek rendszerében a redukáló tulajdonságok az egyszerű anyagok fémes tulajdonságaihoz hasonlóan változnak.
OVR elemzési algoritmus
Ahhoz, hogy a tanuló a kész kémiai reakcióban elhelyezze az együtthatókat, speciális algoritmust kell használni. A redox tulajdonságok különféle számítási problémák megoldásában is segítenek az analitikai, szerves és általános kémiában. Javasoljuk a reakciók elemzésének sorrendjét:
- Először is fontos meghatározni az egyes elérhető elemek oxidációs állapotát a szabályok segítségével.
- Ezután azok az atomok vagy ionok, amelyek megváltoztatták oxidációs állapotukat, részt vesznek a reakcióban.
- A mínusz és plusz jelek a kémiai reakció során adott és kapott szabad elektronok számát jelzik.
- Ezután az összes elektron száma között meghatározzuk a minimális közös többszöröst, azaz egy egész számot, amelyet maradék nélkül elosztunk a kapott és adott elektronokkal.
- Ezután felosztják a kémiai reakcióban részt vevő elektronokra.
- Ezután meghatározzuk, hogy mely ionok vagy atomok rendelkeznek redukáló tulajdonságokkal, és meghatározzuk az oxidálószereket is.
- A végső szakaszban helyezze be az együtthatókat az egyenletbe.
Az elektronikus mérleg módszerével helyezzük el az együtthatókat ebben a reakciósémában:
NaMnO4 + hidrogén-szulfid + kénsav=S + Mn SO4 +…+…
A probléma megoldásának algoritmusa
Nézzük meg, mely anyagok képződjenek a kölcsönhatás után. Mivel a reakcióban már van oxidálószer (mangán lesz) és redukálószer is definiálva (kén lesz), olyan anyagok keletkeznek, amelyekben az oxidációs állapot már nem változik. Mivel a fő reakció a só és egy erős oxigéntartalmú sav között ment végbe, az egyik végső anyag a víz, a második pedig a nátriumsó, pontosabban a nátrium-szulfát.
Most készítsünk egy sémát az elektronok adására és fogadására:
- Mn+7 5 e=Mn+2.
A program második része:
- S-2 gives2e=S0
Az együtthatókat a kezdeti reakcióba helyezzük, nem felejtve el összegezni az egyenlet részeiben szereplő összes kénatomot.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Az OVR elemzése hidrogén-peroxiddal
Az OVR elemző algoritmus segítségével összeállíthatunk egy egyenletet a folyamatban lévő reakcióhoz:
hidrogén-peroxid + kénsav + kálium-permagnanát=Mn SO4 + oxigén + …+…
Az oxidációs állapotok megváltoztatták az oxigéniont (a hidrogén-peroxidban) és a mangán kationt a kálium-permanganátban. Vagyis van redukálószerünk és oxidálószerünk is.
Határozzuk meg, milyen anyagokat lehet még beszerezni a kölcsönhatás után. Az egyik a víz lesz, ami nyilvánvalóan sav és só reakciója. A kálium nem alkotott újatanyagokat, a második termék egy káliumsó, nevezetesen szulfát lesz, mivel a reakció kénsavval történt.
Séma:
2O – 2 elektront adományoz és O 2 0 5
Mn+7 5 elektront fogad és Mn-ionná válik+2 2
Állítsa be az együtthatókat.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Példa OVR-elemzésre kálium-kromáttal
Az elektronikus mérleg módszerével egyenletet készítünk együtthatókkal:
FeCl2 + sósav + kálium-kromát=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Az oxidációs állapotok megváltoztatták a vasat (II-es vas-kloridban) és a krómiont a kálium-dikromátban.
Most próbáljuk meg kideríteni, milyen egyéb anyagok képződnek. Az egyik lehet só. Mivel a kálium nem képez vegyületet, ezért a második termék egy káliumsó, pontosabban klorid lesz, mivel a reakció sósavval ment végbe.
Készítsünk diagramot:
Fe+2 ad e= Fe+3 6 szűkítő,
2Cr+6 6 e=2Cr +31 oxidálószer.
Írja be az együtthatókat a kezdeti reakcióba:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PéldaOVR-elemzés kálium-jodiddal
A szabályokkal felvértezve készítsünk egy egyenletet:
kálium-permanganát + kénsav + kálium-jodid…mangán-szulfát + jód +…+…
Az oxidációs állapotok megváltoztatták a mangánt és a jódot. Azaz egy redukálószer és egy oxidálószer van jelen.
Most nézzük meg, mire jutunk. A vegyület káliummal lesz, azaz kálium-szulfátot kapunk.
Helyreállítási folyamatok mennek végbe a jódionokban.
Készítsünk fel egy elektronátviteli sémát:
- Mn+7 elfogadja 5 e=Mn+2 2 egy oxidálószer,
- 2I- adj el 2 e=I2 0 5 egy redukálószer.
Helyezze el az együtthatókat a kezdeti reakcióban, ne felejtse el összegezni az egyenletben szereplő összes kénatomot.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Példa a nátrium-szulfitot tartalmazó OVR elemzésére
A klasszikus módszerrel összeállítunk egy egyenletet az áramkörre:
- kénsav + KMnO4 + nátrium-szulfit… nátrium-szulfát + mangán-szulfát +…+…
Az interakció után nátriumsót, vizet kapunk.
Készítsünk diagramot:
- Mn+7 5 e=Mn+2 2,
- S+4 2 e=S+6 5.
Rendezd el az együtthatókat a vizsgált reakcióban, ne felejtsd el hozzáadni a kénatomokat az együtthatók elrendezésénél.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Példa a nitrogént tartalmazó OVR elemzésére
Végezzük el a következő feladatot. Az algoritmus segítségével elkészítjük a teljes reakcióegyenletet:
- mangán-nitrát + salétromsav + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Elemezzük, milyen anyag képződik még. Mivel a reakció erős oxidálószer és só között ment végbe, ez azt jelenti, hogy az anyag víz lesz.
Az elektronok számának változásának megjelenítése:
- Mn+2 kiad 5 e=Mn+7 2 a redukálószer tulajdonságait mutatja,
- Pb+4 2 e=Pb+2 5 oxidálószer.
3. Az együtthatókat a kezdeti reakcióban rendezzük, ügyeljen arra, hogy az eredeti egyenlet bal oldalán található összes nitrogént összeadja:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Ez a reakció nem mutatja a nitrogén redukáló tulajdonságait.
Második redox reakció nitrogénnel:
Zn + kénsav + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 ajándékoz 2 e=Zn+23 restaurátor lesz,
N+5elfogadja 3 e=N+2 2 egy oxidálószer.
Rendezd el az együtthatókat egy adott reakcióban:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
A redoxreakciók jelentősége
A leghíresebb redukciós reakció a fotoszintézis, amely a növényekre jellemző. Hogyan változnak a helyreállító tulajdonságok? A folyamat a bioszférában megy végbe, és külső forrás segítségével az energia növekedéséhez vezet. Az emberiség ezt az energiát használja fel szükségleteinek kielégítésére. A kémiai elemekkel kapcsolatos oxidatív és redukciós reakciók példái közül a nitrogén-, szén- és oxigénvegyületek átalakulása különösen fontos. A fotoszintézisnek köszönhetően a Föld légkörének olyan összetétele van, amely az élő szervezetek fejlődéséhez szükséges. A fotoszintézisnek köszönhetően a levegőhéjban nem növekszik a szén-dioxid mennyisége, nem melegszik túl a Föld felszíne. A növény nemcsak redox reakció segítségével fejlődik, hanem olyan anyagokat is képez, mint az oxigén és a glükóz, amelyek az ember számára szükségesek. E kémiai reakció nélkül lehetetlen az anyagok teljes köre a természetben, valamint a szerves élet létezése sem.
A RIA gyakorlati alkalmazása
A fém felületének megőrzése érdekében tudnia kell, hogy az aktív fémek helyreállító tulajdonságokkal rendelkeznek, így a felületet egy aktívabb elem réteggel fedheti le, miközben lassítja a kémiai korrózió folyamatát. A redox tulajdonságok jelenléte miatt az ivóvizet tisztítják és fertőtlenítik. Egyetlen probléma sem oldható meg az együtthatók egyenletben való helyes elhelyezése nélkül. A hibák elkerülése érdekében fontos minden redox megértéseparaméterek.
Vegyi korrózió elleni védelem
A korrózió különös problémát jelent az emberi élet és tevékenység szempontjából. Ennek a kémiai átalakulásnak a következtében a fém megsemmisül, az autó alkatrészei, a szerszámgépek elvesztik működési tulajdonságaikat. Az ilyen probléma kijavítása érdekében futófelület-védelmet alkalmaznak, a fémet lakk- vagy festékréteggel vonják be, és korróziógátló ötvözeteket használnak. Például egy vas felületet egy aktív fém - alumínium - réteg borít.
Következtetés
Az emberi szervezetben különféle gyógyulási reakciók lépnek fel, biztosítják az emésztőrendszer normális működését. Az olyan alapvető életfolyamatok, mint az erjedés, a bomlás, a légzés, szintén helyreállító tulajdonságokkal járnak. Bolygónk minden élőlénye hasonló képességekkel rendelkezik. Az elektronok visszatérésével és befogadásával járó reakciók nélkül a bányászat, ammónia, lúgok és savak ipari termelése lehetetlen. Az analitikai kémiában a térfogatelemzés minden módszere pontosan a redox folyamatokon alapul. A kémiai korrózióhoz hasonló kellemetlen jelenség elleni küzdelem is ezen folyamatok ismeretén alapszik.
