Οι οξειδοαναγωγικές ιδιότητες μεμονωμένων ατόμων καθώς και ιόντων είναι ένα σημαντικό ζήτημα στη σύγχρονη χημεία. Αυτό το υλικό βοηθά στην εξήγηση της δραστηριότητας στοιχείων και ουσιών, στη διεξαγωγή λεπτομερούς σύγκρισης των χημικών ιδιοτήτων διαφορετικών ατόμων.
Τι είναι ένας οξειδωτικός παράγοντας
Πολλές εργασίες στη χημεία, συμπεριλαμβανομένων των ερωτήσεων δοκιμής για την ενιαία κρατική εξέταση στην τάξη 11 και της OGE στην τάξη 9, σχετίζονται με αυτήν την έννοια. Ως οξειδωτικός παράγοντας θεωρούνται τα άτομα ή τα ιόντα που, στη διαδικασία της χημικής αλληλεπίδρασης, δέχονται ηλεκτρόνια από άλλο ιόν ή άτομο. Αν αναλύσουμε τις οξειδωτικές ιδιότητες των ατόμων, χρειαζόμαστε το περιοδικό σύστημα του Mendeleev. Σε περιόδους που βρίσκονται στον πίνακα από αριστερά προς τα δεξιά, η οξειδωτική ικανότητα των ατόμων αυξάνεται, δηλαδή αλλάζει παρόμοια με τις μη μεταλλικές ιδιότητες. Στις κύριες υποομάδες, αυτή η παράμετρος μειώνεται από πάνω προς τα κάτω. Μεταξύ των ισχυρότερων απλών ουσιών με οξειδωτική ικανότητα, το φθόριο πρωτοστατεί. Ένας όρος όπως "ηλεκτραρνητικότητα", δηλαδή η ικανότητα ενός ατόμου να παίρνει στην περίπτωση μιας χημικής αλληλεπίδρασηςηλεκτρόνια, μπορούν να θεωρηθούν συνώνυμα με τις οξειδωτικές ιδιότητες. Μεταξύ σύνθετων ουσιών που αποτελούνται από δύο ή περισσότερα χημικά στοιχεία, μπορούν να θεωρηθούν φωτεινά οξειδωτικά μέσα: υπερμαγγανικό κάλιο, χλωρικό κάλιο, όζον.
Τι είναι ένας αναγωγικός παράγοντας
Οι αναγωγικές ιδιότητες των ατόμων είναι χαρακτηριστικές απλών ουσιών που παρουσιάζουν μεταλλικές ιδιότητες. Στον περιοδικό πίνακα, οι μεταλλικές ιδιότητες εξασθενούν από αριστερά προς τα δεξιά σε περιόδους και στις κύριες υποομάδες (κάθετα) αυξάνονται. Η ουσία της ανάκτησης είναι η επιστροφή ηλεκτρονίων, τα οποία βρίσκονται στο εξωτερικό επίπεδο ενέργειας. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός των κελυφών ηλεκτρονίων (επίπεδα), τόσο πιο εύκολο είναι να δοθούν «επιπλέον» ηλεκτρόνια κατά τη διάρκεια της χημικής αλληλεπίδρασης.
Τα ενεργά (αλκαλικά, αλκαλικής γαίας) μέταλλα έχουν εξαιρετικές αναγωγικές ιδιότητες. Επιπλέον, ουσίες που παρουσιάζουν παρόμοιες παραμέτρους, επισημαίνουμε το οξείδιο του θείου (6), το μονοξείδιο του άνθρακα. Προκειμένου να αποκτήσουν τη μέγιστη κατάσταση οξείδωσης, αυτές οι ενώσεις αναγκάζονται να εμφανίσουν αναγωγικές ιδιότητες.
Διαδικασία οξείδωσης
Αν κατά τη διάρκεια μιας χημικής αλληλεπίδρασης ένα άτομο ή ένα ιόν δώσει ηλεκτρόνια σε ένα άλλο άτομο (ιόν), μιλάμε για τη διαδικασία της οξείδωσης. Για να αναλύσετε πώς αλλάζουν οι αναγωγικές ιδιότητες και η οξειδωτική ισχύς, θα χρειαστείτε έναν περιοδικό πίνακα στοιχείων, καθώς και γνώση των σύγχρονων νόμων της φυσικής.
Διαδικασία αποκατάστασης
Οι διεργασίες αναγωγής περιλαμβάνουν την αποδοχή από ιόντα ενός από τα δύοάτομα ηλεκτρονίων από άλλα άτομα (ιόντα) κατά την άμεση χημική αλληλεπίδραση. Εξαιρετικοί αναγωγικοί παράγοντες είναι τα νιτρώδη, τα θειώδη αλκαλικά μέταλλα. Οι αναγωγικές ιδιότητες στο σύστημα των στοιχείων αλλάζουν παρόμοια με τις μεταλλικές ιδιότητες των απλών ουσιών.
Αλγόριθμος ανάλυσης OVR
Για να τοποθετήσει ο μαθητής τους συντελεστές στην τελική χημική αντίδραση, είναι απαραίτητο να χρησιμοποιήσει ειδικό αλγόριθμο. Οι ιδιότητες οξειδοαναγωγής βοηθούν επίσης στην επίλυση διαφόρων υπολογιστικών προβλημάτων στην αναλυτική, οργανική και γενική χημεία. Προτείνουμε τη σειρά ανάλυσης οποιασδήποτε αντίδρασης:
- Πρώτον, είναι σημαντικό να προσδιορίσετε την κατάσταση οξείδωσης κάθε διαθέσιμου στοιχείου χρησιμοποιώντας τους κανόνες.
- Στη συνέχεια, εκείνα τα άτομα ή ιόντα που έχουν αλλάξει την κατάσταση οξείδωσής τους καθορίζεται να συμμετάσχουν στην αντίδραση.
- Τα πρόσημα μείον και συν δηλώνουν τον αριθμό των ελεύθερων ηλεκτρονίων που δίνονται και λαμβάνονται κατά τη διάρκεια μιας χημικής αντίδρασης.
- Στη συνέχεια, μεταξύ του αριθμού όλων των ηλεκτρονίων, προσδιορίζεται το ελάχιστο κοινό πολλαπλάσιο, δηλαδή ένας ακέραιος αριθμός που διαιρείται χωρίς υπόλοιπο με τα ληφθέντα και τα δοθέντα ηλεκτρόνια.
- Στη συνέχεια χωρίζεται στα ηλεκτρόνια που συμμετέχουν στη χημική αντίδραση.
- Στη συνέχεια, προσδιορίζουμε ποια ιόντα ή άτομα έχουν αναγωγικές ιδιότητες και προσδιορίζουμε επίσης τους οξειδωτικούς παράγοντες.
- Στο τελικό στάδιο βάλτε τους συντελεστές στην εξίσωση.
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικού ισοζυγίου, ας τοποθετήσουμε τους συντελεστές σε αυτό το σχήμα αντίδρασης:
NaMnO4 + υδρόθειο + θειικό οξύ=S + Mn SO4 +…+…
Αλγόριθμος για την επίλυση του προβλήματος
Ας μάθουμε ποιες ουσίες πρέπει να σχηματιστούν μετά την αλληλεπίδραση. Δεδομένου ότι υπάρχει ήδη ένας οξειδωτικός παράγοντας στην αντίδραση (θα είναι μαγγάνιο) και ορίζεται ένας αναγωγικός παράγοντας (θα είναι θείο), σχηματίζονται ουσίες στις οποίες οι καταστάσεις οξείδωσης δεν αλλάζουν πλέον. Δεδομένου ότι η κύρια αντίδραση προχώρησε μεταξύ του άλατος και ενός ισχυρού οξέος που περιέχει οξυγόνο, μία από τις τελικές ουσίες θα είναι το νερό και η δεύτερη θα είναι άλας νατρίου, πιο συγκεκριμένα, θειικό νάτριο.
Τώρα ας φτιάξουμε ένα σχήμα για την παροχή και τη λήψη ηλεκτρονίων:
- Mn+7 takes 5 e=Mn+2.
Δεύτερο μέρος του σχήματος:
- S-2 gives2e=S0
Βάζουμε τους συντελεστές στην αρχική αντίδραση, χωρίς να ξεχνάμε να αθροίσουμε όλα τα άτομα θείου στα μέρη της εξίσωσης.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Ανάλυση OVR που περιλαμβάνει υπεροξείδιο του υδρογόνου
Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο ανάλυσης OVR, μπορούμε να συνθέσουμε μια εξίσωση για τη συνεχιζόμενη αντίδραση:
υπεροξείδιο του υδρογόνου + θειικό οξύ + υπερμαγνανικό κάλιο=Mn SO4 + οξυγόνο + …+…
Οι καταστάσεις οξείδωσης άλλαξαν το ιόν οξυγόνου (στο υπεροξείδιο του υδρογόνου) και το κατιόν μαγγανίου στο υπερμαγγανικό κάλιο. Δηλαδή έχουμε αναγωγικό, όπως και οξειδωτικό.
Ας προσδιορίσουμε τι είδους ουσίες μπορούν ακόμα να ληφθούν μετά την αλληλεπίδραση. Ένα από αυτά θα είναι το νερό, το οποίο είναι προφανώς μια αντίδραση μεταξύ ενός οξέος και ενός άλατος. Το κάλιο δεν σχημάτισε νέοουσίες, το δεύτερο προϊόν θα είναι ένα άλας καλίου, δηλαδή θειικό, δεδομένου ότι η αντίδραση ήταν με θειικό οξύ.
Σχέδιο:
2O – δωρίζει 2 ηλεκτρόνια και μετατρέπεται σε O 2 0 5
Mn+7 δέχεται 5 ηλεκτρόνια και γίνεται ιόν Mn+2 2
Ορίστε τους συντελεστές.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Παράδειγμα ανάλυσης OVR που περιλαμβάνει χρωμικό κάλιο
Χρησιμοποιώντας τη μέθοδο ηλεκτρονικού ισοζυγίου, θα κάνουμε μια εξίσωση με συντελεστές:
FeCl2 + υδροχλωρικό οξύ + χρωμικό κάλιο=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Οι καταστάσεις οξείδωσης άλλαξαν τον σίδηρο (στο χλωριούχο σίδηρο II) και το ιόν χρωμίου στο διχρωμικό κάλιο.
Τώρα ας προσπαθήσουμε να μάθουμε ποιες άλλες ουσίες σχηματίζονται. Κάποιος μπορεί να είναι το αλάτι. Δεδομένου ότι το κάλιο δεν σχημάτισε καμία ένωση, επομένως, το δεύτερο προϊόν θα είναι ένα άλας καλίου, πιο συγκεκριμένα, χλωριούχο, επειδή η αντίδραση έγινε με υδροχλωρικό οξύ.
Ας κάνουμε ένα διάγραμμα:
Fe+2 δίνει e= Fe+3 6 μειωτής,
2Cr+6 δέχεται 6 e=2Cr +31 οξειδωτικό.
Βάλτε τους συντελεστές στην αρχική αντίδραση:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
ΠαράδειγμαΑνάλυση OVR που περιλαμβάνει ιωδιούχο κάλιο
Οπλισμένοι με τους κανόνες, ας κάνουμε μια εξίσωση:
υπερμαγγανικό κάλιο + θειικό οξύ + ιωδιούχο κάλιο…θειικό μαγγάνιο + ιώδιο +…+…
Οι καταστάσεις οξείδωσης άλλαξαν το μαγγάνιο και το ιώδιο. Δηλαδή, υπάρχει ένας αναγωγικός παράγοντας και ένας οξειδωτικός παράγοντας.
Τώρα ας μάθουμε με τι καταλήγουμε. Η ένωση θα είναι με κάλιο, δηλαδή θα πάρουμε θειικό κάλιο.
Διαδικασίες ανάκτησης συμβαίνουν σε ιόντα ιωδίου.
Ας συντάξουμε ένα σχήμα μεταφοράς ηλεκτρονίων:
- Mn+7 δέχεται 5 e=Mn+2 2 είναι οξειδωτικό,
- 2I- give away 2 e=I2 0 5 είναι αναγωγικός παράγοντας.
Τοποθετήστε τους συντελεστές στην αρχική αντίδραση, μην ξεχάσετε να αθροίσετε όλα τα άτομα θείου σε αυτήν την εξίσωση.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Παράδειγμα ανάλυσης OVR που περιλαμβάνει θειώδες νάτριο
Χρησιμοποιώντας την κλασική μέθοδο, θα συνθέσουμε μια εξίσωση για το κύκλωμα:
- θειικό οξύ + KMnO4 + θειώδες νάτριο… θειικό νάτριο + θειικό μαγγάνιο +…+…
Μετά την αλληλεπίδραση παίρνουμε αλάτι νατρίου, νερό.
Ας κάνουμε ένα διάγραμμα:
- Μn+7 λαμβάνει 5 e=Μn+2 2,
- S+4 δίνει 2 e=S+6 5.
Ταξινομήστε τους συντελεστές στην υπό εξέταση αντίδραση, μην ξεχάσετε να προσθέσετε τα άτομα θείου κατά την τακτοποίηση των συντελεστών.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Παράδειγμα ανάλυσης OVR που περιλαμβάνει άζωτο
Ας κάνουμε την παρακάτω εργασία. Χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο, θα συνθέσουμε την πλήρη εξίσωση αντίδρασης:
- νιτρικό μαγγάνιο + νιτρικό οξύ + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Ας αναλύσουμε ποια ουσία εξακολουθεί να σχηματίζεται. Εφόσον η αντίδραση έλαβε χώρα μεταξύ ενός ισχυρού οξειδωτικού παράγοντα και του αλατιού, σημαίνει ότι η ουσία θα είναι νερό.
Εμφάνιση της αλλαγής στον αριθμό των ηλεκτρονίων:
- Mn+2 χαρίζει 5 e=Mn+7 2 παρουσιάζει τις ιδιότητες ενός αναγωγικού παράγοντα,
- Pb+4 λαμβάνει 2 e=Pb+2 5 οξειδωτικό.
3. Τακτοποιούμε τους συντελεστές στην αρχική αντίδραση, φροντίστε να προσθέσετε όλο το διαθέσιμο άζωτο στην αριστερή πλευρά της αρχικής εξίσωσης:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Αυτή η αντίδραση δεν παρουσιάζει τις αναγωγικές ιδιότητες του αζώτου.
Δεύτερη αντίδραση οξειδοαναγωγής με άζωτο:
Zn + θειικό οξύ + HNO3=ZnSO4 + ΟΧΙ+…
- Zn0 give away 2 e=Zn+23 θα είναι αποκαταστάτης,
N+5accepts 3 e=N+2 2 είναι ένα οξειδωτικό.
Ταξινομήστε τους συντελεστές σε μια δεδομένη αντίδραση:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Η σημασία των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής
Οι πιο διάσημες αντιδράσεις αναγωγής είναι η φωτοσύνθεση, η οποία είναι χαρακτηριστική των φυτών. Πώς αλλάζουν οι ιδιότητες αποκατάστασης; Η διαδικασία συμβαίνει στη βιόσφαιρα, οδηγεί σε αύξηση της ενέργειας με τη βοήθεια μιας εξωτερικής πηγής. Είναι αυτή η ενέργεια που χρησιμοποιεί η ανθρωπότητα για τις ανάγκες της. Μεταξύ των παραδειγμάτων οξειδωτικών και αναγωγικών αντιδράσεων που σχετίζονται με χημικά στοιχεία, οι μετασχηματισμοί ενώσεων αζώτου, άνθρακα και οξυγόνου έχουν ιδιαίτερη σημασία. Χάρη στη φωτοσύνθεση, η ατμόσφαιρα της γης έχει μια τέτοια σύνθεση που είναι απαραίτητη για την ανάπτυξη των ζωντανών οργανισμών. Χάρη στη φωτοσύνθεση, η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στο κέλυφος του αέρα δεν αυξάνεται, η επιφάνεια της Γης δεν υπερθερμαίνεται. Το φυτό δεν αναπτύσσεται μόνο με τη βοήθεια μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής, αλλά σχηματίζει επίσης ουσίες όπως το οξυγόνο και η γλυκόζη που είναι απαραίτητες για τον άνθρωπο. Χωρίς αυτή τη χημική αντίδραση, είναι αδύνατος ένας πλήρης κύκλος ουσιών στη φύση, όπως και η ύπαρξη οργανικής ζωής.
Πρακτική εφαρμογή του RIA
Για να διατηρήσετε την επιφάνεια του μετάλλου, πρέπει να γνωρίζετε ότι τα ενεργά μέταλλα έχουν αποκαταστατικές ιδιότητες, ώστε να μπορείτε να καλύψετε την επιφάνεια με ένα στρώμα από ένα πιο ενεργό στοιχείο, επιβραδύνοντας παράλληλα τη διαδικασία της χημικής διάβρωσης. Λόγω της παρουσίας οξειδοαναγωγικών ιδιοτήτων, το πόσιμο νερό καθαρίζεται και απολυμαίνεται. Κανένα πρόβλημα δεν μπορεί να λυθεί χωρίς να τοποθετηθούν σωστά οι συντελεστές στην εξίσωση. Προκειμένου να αποφευχθούν λάθη, είναι σημαντικό να κατανοήσετε όλα τα οξειδοαναγωγικάπαράμετροι.
Προστασία από χημική διάβρωση
Η διάβρωση είναι ένα ιδιαίτερο πρόβλημα για την ανθρώπινη ζωή και δραστηριότητα. Ως αποτέλεσμα αυτού του χημικού μετασχηματισμού, συμβαίνει η καταστροφή του μετάλλου, τα μέρη του αυτοκινήτου, οι εργαλειομηχανές χάνουν τα λειτουργικά τους χαρακτηριστικά. Για να διορθωθεί ένα τέτοιο πρόβλημα, χρησιμοποιείται προστασία πέλματος, μέταλλο επικαλύπτεται με ένα στρώμα βερνικιού ή βαφής και χρησιμοποιούνται αντιδιαβρωτικά κράματα. Για παράδειγμα, μια επιφάνεια σιδήρου καλύπτεται με ένα στρώμα ενεργού μετάλλου - αλουμίνιο.
Συμπέρασμα
Διάφορες αντιδράσεις ανάκαμψης συμβαίνουν στον ανθρώπινο οργανισμό, διασφαλίζουν τη φυσιολογική λειτουργία του πεπτικού συστήματος. Τέτοιες βασικές διεργασίες ζωής όπως η ζύμωση, η αποσύνθεση, η αναπνοή συνδέονται επίσης με ιδιότητες αποκατάστασης. Όλα τα έμβια όντα στον πλανήτη μας έχουν παρόμοιες ικανότητες. Χωρίς αντιδράσεις με επιστροφή και αποδοχή ηλεκτρονίων, η εξόρυξη, η βιομηχανική παραγωγή αμμωνίας, αλκαλίων και οξέων είναι αδύνατη. Στην αναλυτική χημεία, όλες οι μέθοδοι ογκομετρικής ανάλυσης βασίζονται ακριβώς σε διεργασίες οξειδοαναγωγής. Η καταπολέμηση ενός τόσο δυσάρεστου φαινομένου όπως η χημική διάβρωση βασίζεται επίσης στη γνώση αυτών των διαδικασιών.
