Yksittäisten atomien ja ionien redox-ominaisuudet ovat tärkeä kysymys nykyaikaisessa kemiassa. Tämä materiaali auttaa selittämään alkuaineiden ja aineiden aktiivisuutta, suorittamaan yksityiskohtaisen vertailun eri atomien kemiallisista ominaisuuksista.
Mikä on hapetin
Tähän käsitteeseen liittyy monia kemian tehtäviä, mukaan lukien koekysymykset luokalla 11 yhtenäisen v altionkokeen ja luokan 9 OGE:n os alta. Hapettavaksi aineeksi katsotaan atomit tai ionit, jotka kemiallisen vuorovaikutuksen prosessissa vastaanottavat elektroneja toisesta ionista tai atomista. Jos analysoimme atomien hapettavia ominaisuuksia, tarvitsemme Mendelejevin jaksollisen järjestelmän. Taulukossa vasemm alta oikealle sijaitsevilla jaksoilla atomien hapetuskyky kasvaa, eli muuttuu samalla tavalla kuin ei-metalliset ominaisuudet. Pääalaryhmissä tämä parametri pienenee ylhäältä alas. Yksi vahvimmista yksinkertaisista aineista, joilla on hapetuskyky, fluori on johtavassa asemassa. Termi, kuten "elektronegatiivisuus", eli atomin kyky kestää kemiallisen vuorovaikutuksen tapauksessaelektroneja, voidaan pitää synonyyminä hapettaville ominaisuuksille. Monimutkaisista aineista, jotka koostuvat kahdesta tai useammasta kemiallisesta alkuaineesta, voidaan ottaa huomioon kirkkaat hapettavat aineet: kaliumpermanganaatti, kaliumkloraatti, otsoni.
Mikä on pelkistävä aine
Atomien pelkistävät ominaisuudet ovat ominaisia yksinkertaisille aineille, joilla on metallisia ominaisuuksia. Jaksotaulukossa metalliset ominaisuudet heikkenevät jaksoittain vasemm alta oikealle ja pääalaryhmissä (pystysuoraan) lisääntyvät. Palautuksen ydin on elektronien paluu, jotka sijaitsevat ulkoisella energiatasolla. Mitä suurempi määrä elektronikuoria (tasoja), sitä helpompi on luovuttaa "ylimääräisiä" elektroneja kemiallisen vuorovaikutuksen aikana.
Aktiivisilla (alkali-, maa-alkali-) metalleilla on erinomaiset pelkistysominaisuudet. Lisäksi aineet, joilla on samanlaiset parametrit, korostamme rikkioksidia (6), hiilimonoksidia. Saavuttaakseen maksimaalisen hapetusasteen nämä yhdisteet pakotetaan osoittamaan pelkistäviä ominaisuuksia.
Hapetusprosessi
Jos kemiallisen vuorovaikutuksen aikana atomi tai ioni luovuttaa elektroneja toiselle atomille (ionille), puhumme hapettumisprosessista. Pelkistysominaisuuksien ja hapetusvoiman muuttumisen analysoimiseksi tarvitset alkuaineiden jaksollisen taulukon sekä tietoa nykyaikaisista fysiikan laeista.
Restaurointiprosessi
Pelkistysprosessit sisältävät jommankumman ionien hyväksymisenelektronien atomit muista atomeista (ioneista) suoran kemiallisen vuorovaikutuksen aikana. Erinomaisia pelkistäviä aineita ovat nitriitit, alkalimetallien sulfiitit. Alkuainejärjestelmän pelkistysominaisuudet muuttuvat samalla tavalla kuin yksinkertaisten aineiden metalliset ominaisuudet.
OVR jäsennysalgoritmi
Jotta opiskelija voi sijoittaa kertoimet valmiiseen kemialliseen reaktioon, on käytettävä erityistä algoritmia. Redox-ominaisuudet auttavat myös ratkaisemaan erilaisia laskennallisia ongelmia analyyttisessä, orgaanisessa ja yleisessä kemiassa. Suosittelemme minkä tahansa reaktion jäsennysjärjestystä:
- Ensinnäkin on tärkeää määrittää kunkin käytettävissä olevan elementin hapetusaste sääntöjen avulla.
- Seuraavaksi ne atomit tai ionit, jotka ovat muuttaneet hapetusastettaan, määrätään osallistumaan reaktioon.
- Miinus- ja plusmerkit osoittavat kemiallisen reaktion aikana annettujen ja vastaanotettujen vapaiden elektronien lukumäärän.
- Seuraavaksi kaikkien elektronien lukumäärästä määritetään pienin yhteiskerroin, eli kokonaisluku, joka jaetaan ilman jäännöstä vastaanotetuilla ja annetuilla elektroneilla.
- Sitten se jaetaan kemialliseen reaktioon osallistuviin elektroneihin.
- Seuraavaksi määritämme, millä ioneilla tai atomeilla on pelkistäviä ominaisuuksia, ja määritämme myös hapettavat aineet.
- Laita viimeisessä vaiheessa kertoimet yhtälöön.
Asetetaan kertoimet tähän reaktiokaavioon elektronisen saldomenetelmän avulla:
NaMnO4 + rikkivety + rikkihappo=S + Mn SO4 +…+…
Algoritmi ongelman ratkaisemiseksi
Otetaan selville, mitä aineita tulisi muodostua vuorovaikutuksen jälkeen. Koska reaktiossa on jo hapetin (se on mangaani) ja pelkistävä aine on määritelty (se on rikki), muodostuu aineita, joissa hapetustilat eivät enää muutu. Koska pääreaktio tapahtui suolan ja vahvan happea sisältävän hapon välillä, yksi lopullisista aineista on vesi ja toinen natriumsuola, tarkemmin sanottuna natriumsulfaatti.
Tehdään nyt kaavio elektronien antamisesta ja vastaanottamisesta:
- Mn+7 kestää 5 e=Mn+2.
Järjestelmän toinen osa:
- S-2 gives2e=S0
Laitamme kertoimet alkureaktioon, unohtamatta laskea yhteen yhtälön osissa olevat rikkiatomit.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Vetyperoksidia sisältävän OVR:n analyysi
Voimme muodostaa yhtälön meneillään olevalle reaktiolle OVR-jäsennysalgoritmin avulla:
vetyperoksidi + rikkihappo + kaliumpermagnanaatti=Mn SO4 + happi + …+…
Hapetustilat muuttivat happi-ionin (vetyperoksidissa) ja mangaanikationin kaliumpermanganaatissa. Eli meillä on pelkistysaine sekä hapetin.
Määritetään, millaisia aineita voidaan vielä saada vuorovaikutuksen jälkeen. Yksi niistä on vesi, joka on ilmeisesti hapon ja suolan välinen reaktio. Kalium ei muodostanut uuttaaineita, toinen tuote on kaliumsuola, nimittäin sulfaatti, koska reaktio tapahtui rikkihapon kanssa.
Kaavio:
2O – luovuttaa 2 elektronia ja muuttuu O 2 0 5
Mn+7 hyväksyy 5 elektronia ja muuttuu Mn-ioniksi+2 2
Aseta kertoimet.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Esimerkki OVR-analyysistä, jossa on mukana kaliumkromaatti
Käyttäen elektronista saldomenetelmää teemme yhtälön kertoimilla:
FeCl2 + suolahappo + kaliumkromaatti=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Hapetustilat muuttivat rauta (ferrikloridi II:ssa) ja kromi-ioni kaliumdikromaatissa.
Yritetään nyt selvittää, mitä muita aineita muodostuu. Yksi voi olla suola. Koska kalium ei muodostanut mitään yhdistettä, toinen tuote on kaliumsuola, tarkemmin sanottuna kloridi, koska reaktio tapahtui suolahapon kanssa.
Tehdään kaavio:
Fe+2 antaa e= Fe+3 6 vähennysventtiiliä,
2Cr+6 hyväksyy 6 e=2Cr +31 hapetin.
Laita kertoimet alkureaktioon:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
EsimerkkiOVR-analyysi, joka sisältää kaliumjodidia
Säännöissä aseistettuna tehdään yhtälö:
kaliumpermanganaatti + rikkihappo + kaliumjodidi…mangaanisulfaatti + jodi +…+…
Hapetustilat muuttivat mangaania ja jodia. Eli pelkistysaine ja hapetin ovat läsnä.
Otetaan nyt selville, mihin päädymme. Yhdiste on kaliumin kanssa, eli saamme kaliumsulfaattia.
Jodi-ioneissa tapahtuu t alteenottoprosesseja.
Laaditaan elektroninsiirtokaavio:
- Mn+7 hyväksyy 5 e=Mn+2 2 on hapetin,
- 2I- antaa pois 2 e=I2 0 5 on pelkistävä aine.
Aseta kertoimet alkureaktioon, älä unohda laskea yhteen kaikki rikkiatomit tässä yhtälössä.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Esimerkki OVR:n analyysistä, jossa on mukana natriumsulfiitti
Klassisella menetelmällä laadimme yhtälön piirille:
- rikkihappo + KMnO4 + natriumsulfiitti… natriumsulfaatti + mangaanisulfaatti +…+…
Vuorovaikutuksen jälkeen saamme natriumsuolaa, vettä.
Tehdään kaavio:
- Mn+7 kestää 5 e=Mn+2 2,
- S+4 antaa 2 e=S+6 5.
Järjestä kertoimet tarkasteltavassa reaktiossa, älä unohda lisätä rikkiatomeja kertoimia järjestettäessä.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Esimerkki typpeä sisältävästä OVR-analyysistä
Tehdään seuraava tehtävä. Algoritmin avulla muodostamme täydellisen reaktioyhtälön:
- mangaaninitraatti + typpihappo + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Analysoidaan mitä ainetta vielä muodostuu. Koska reaktio tapahtui vahvan hapettimen ja suolan välillä, se tarkoittaa, että aine on vettä.
Näytä elektronien lukumäärän muutos:
- Mn+2 antaa pois 5 e=Mn+7 2 osoittaa pelkistimen ominaisuuksia,
- Pb+4 ottaa 2 e=Pb+2 5 hapetin.
3. Järjestämme kertoimet alkureaktiossa, muista laskea yhteen kaikki alkuperäisen yhtälön vasemmalla puolella oleva typpi:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Tällä reaktiolla ei ole typen pelkistäviä ominaisuuksia.
Toinen redox-reaktio typen kanssa:
Zn + rikkihappo + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 antaa pois 2 e=Zn+23 tulee restauroijaksi,
N+5hyväksyy 3 e=N+2 2 on hapetin.
Järjestä kertoimet annettuun reaktioon:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Pedoksireaktioiden tärkeys
Kuuluisin pelkistysreaktio on fotosynteesi, joka on tyypillistä kasveille. Miten korjaavat ominaisuudet muuttuvat? Prosessi tapahtuu biosfäärissä, mikä johtaa energian lisääntymiseen ulkoisen lähteen avulla. Tätä energiaa ihmiskunta käyttää tarpeisiinsa. Kemiallisiin alkuaineisiin liittyvien oksidatiivisten ja pelkistysreaktioiden esimerkkien joukossa typpi-, hiili- ja happiyhdisteiden muunnokset ovat erityisen tärkeitä. Fotosynteesin ansiosta maapallon ilmakehässä on sellainen koostumus, joka on välttämätön elävien organismien kehittymiselle. Fotosynteesin ansiosta hiilidioksidin määrä ilmakuoressa ei lisäänny, maapallon pinta ei ylikuumene. Kasvi ei vain kehity redox-reaktion avulla, vaan myös muodostaa ihmisille välttämättömiä aineita, kuten happea ja glukoosia. Ilman tätä kemiallista reaktiota aineiden täysi kierto luonnossa on mahdotonta, samoin kuin orgaanisen elämän olemassaolo.
RIA:n käytännön sovellus
Metallin pinnan säilyttämiseksi sinun on tiedettävä, että aktiivisilla metalleilla on korjaavia ominaisuuksia, joten voit peittää pinnan kerroksella aktiivisempaa elementtiä hidastaen samalla kemiallisen korroosion prosessia. Redox-ominaisuuksien vuoksi juomavesi puhdistetaan ja desinfioidaan. Mitään ongelmaa ei voida ratkaista ilman kertoimien oikeaa sijoittamista yhtälöön. Virheiden välttämiseksi on tärkeää ymmärtää kaikki redoxparametrit.
Suojaus kemiallista korroosiota vastaan
Korroosio on erityinen ongelma ihmiselämälle ja toiminnalle. Tämän kemiallisen muutoksen seurauksena metalli tuhoutuu, auton osat, työstökoneet menettävät toimintaominaisuudet. Tällaisen ongelman korjaamiseksi käytetään kulutuspinnan suojausta, metallia päällystetään lakka- tai maalikerroksella ja käytetään korroosionestoaineita. Esimerkiksi raudan pinta on peitetty kerroksella aktiivista metallia - alumiinia.
Johtopäätös
Ihmiskehossa tapahtuu erilaisia palautumisreaktioita, jotka varmistavat ruuansulatusjärjestelmän normaalin toiminnan. Sellaiset elämän perusprosessit kuten käyminen, hajoaminen, hengitys liittyvät myös korjaaviin ominaisuuksiin. Kaikilla planeettamme elävillä olennoilla on samanlaiset kyvyt. Ilman reaktioita elektronien palautuksen ja vastaanottamisen kanssa kaivostoiminta, ammoniakin, alkalien ja happojen teollinen tuotanto on mahdotonta. Analyyttisessä kemiassa kaikki tilavuusanalyysin menetelmät perustuvat juuri redox-prosesseihin. Myös kemiallisen korroosion k altaisen epämiellyttävän ilmiön torjunta perustuu näiden prosessien tuntemiseen.
