Редокс свойствата на отделните атоми, както и на йоните са важен въпрос в съвременната химия. Този материал помага да се обясни активността на елементите и веществата, да се направи подробно сравнение на химичните свойства на различните атоми.
Какво е окислител
Много задачи по химия, включително тестови въпроси за единния държавен изпит в 11 клас и OGE в 9 клас, са свързани с тази концепция. За окислител се считат атоми или йони, които в процеса на химическо взаимодействие приемат електрони от друг йон или атом. Ако анализираме окислителните свойства на атомите, се нуждаем от периодичната система на Менделеев. В периоди, разположени в таблицата отляво надясно, окислителната способност на атомите се увеличава, тоест се променя подобно на неметалните свойства. В основните подгрупи този параметър намалява отгоре надолу. Сред най-силните прости вещества с окислителна способност флуорът е начело. Термин като "електроотрицателност", тоест способността на атома да поема в случай на химическо взаимодействиеелектрони, може да се счита за синоним на окислителни свойства. Сред сложните вещества, които се състоят от два или повече химични елемента, могат да се разглеждат ярки окислители: калиев перманганат, калиев хлорат, озон.
Какво е редуциращ агент
Редукционните свойства на атомите са характерни за простите вещества, които проявяват метални свойства. В периодичната таблица металните свойства отслабват от ляво на дясно на периоди, а в основните подгрупи (вертикално) се увеличават. Същността на възстановяването е връщането на електрони, които се намират на външно енергийно ниво. Колкото по-голям е броят на електронните обвивки (нива), толкова по-лесно е да се отделят „допълнителни“електрони по време на химическото взаимодействие.
Активните (алкални, алкалоземни) метали имат отлични редукционни свойства. В допълнение, вещества, показващи подобни параметри, ние подчертаваме серен оксид (6), въглероден окис. За да придобият максимално окислително състояние, тези съединения са принудени да проявяват редуциращи свойства.
Процес на окисление
Ако по време на химическо взаимодействие атом или йон даде електрони на друг атом (йон), говорим за процеса на окисление. За да анализирате как се променят редукционните свойства и окислителната мощност, ще ви трябва периодична таблица на елементите, както и познания за съвременните закони на физиката.
Процес за възстановяване
Редукционните процеси включват приемането от йони на едно от дветеатоми на електрони от други атоми (йони) по време на директно химическо взаимодействие. Отлични редуциращи агенти са нитритите, сулфитите на алкалните метали. Редукционните свойства в системата от елементи се променят подобно на металните свойства на простите вещества.
OVR алгоритъм за синтактичен анализ
За да може ученикът да постави коефициентите в завършената химична реакция, е необходимо да се използва специален алгоритъм. Редокс свойствата също помагат за решаването на различни изчислителни проблеми в аналитичната, органичната и общата химия. Предлагаме реда на анализиране на всяка реакция:
- Първо, важно е да се определи степента на окисление на всеки наличен елемент, като се използват правилата.
- След това тези атоми или йони, които са променили степента си на окисление, се определят да участват в реакцията.
- Знаците минус и плюс показват броя на свободните електрони, дадени и получени по време на химическа реакция.
- След това между броя на всички електрони се определя минималното общо кратно, тоест цяло число, което се дели без остатък на получените и дадени електрони..
- След това се разделя на електроните, участващи в химическата реакция.
- След това определяме кои йони или атоми имат редуциращи свойства и също така определяме окислителите.
- На последния етап поставете коефициентите в уравнението.
Използвайки метода на електронния баланс, нека поставим коефициентите в тази реакционна схема:
NaMnO4 + сероводород + сярна киселина=S + Mn SO4 +…+…
Алгоритъм за решаване на проблема
Нека да разберем кои вещества трябва да се образуват след взаимодействието. Тъй като в реакцията вече има окислител (това ще бъде манган) и е дефиниран редуктор (това ще бъде сяра), се образуват вещества, в които степените на окисление вече не се променят. Тъй като основната реакция протича между солта и силна кислород-съдържаща киселина, едно от крайните вещества ще бъде вода, а второто ще бъде натриева сол, по-точно натриев сулфат.
Сега нека направим схема за даване и получаване на електрони:
- Mn+7 отнема 5 e=Mn+2.
Втора част от схемата:
- S-2 gives2e=S0
Поставяме коефициентите в първоначалната реакция, като не забравяме да сумираме всички серни атоми в частите на уравнението.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Анализ на OVR, включващ водороден пероксид
Използвайки алгоритъма за анализ на OVR, можем да съставим уравнение за текущата реакция:
водороден пероксид + сярна киселина + калиев пермагнанат=Mn SO4 + кислород + …+…
Състоянията на окисление променят кислородния йон (във водороден пероксид) и мангановия катион в калиевия перманганат. Тоест имаме редуциращ агент, както и окислител.
Нека да определим какви вещества все още могат да бъдат получени след взаимодействието. Една от тях ще бъде вода, което очевидно е реакция между киселина и сол. Калият не образува новвещества, вторият продукт ще бъде калиева сол, а именно сулфат, тъй като реакцията е със сярна киселина.
Схема:
2O – дарява 2 електрона и се превръща в O 2 0 5
Mn+7 приема 5 електрона и става Mn йон+2 2
Задайте коефициентите.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Пример за OVR анализ, включващ калиев хромат
Използвайки метода на електронния баланс, ще направим уравнение с коефициенти:
FeCl2 + солна киселина + калиев хромат=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Състояния на окисление променят желязо (в железен хлорид II) и хромен йон в калиев дихромат.
Сега нека се опитаме да разберем какви други вещества се образуват. Един може да бъде сол. Тъй като калият не образува никакво съединение, следователно, вторият продукт ще бъде калиева сол, по-точно хлорид, тъй като реакцията се осъществява със солна киселина.
Нека направим диаграма:
Fe+2 дава e= Fe+3 6 редуктор,
2Cr+6 приема 6 e=2Cr +31 окислител.
Поставете коефициентите в първоначалната реакция:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
ПримерOVR анализ, включващ калиев йодид
Въоръжени с правилата, нека направим уравнение:
калиев перманганат + сярна киселина + калиев йодид…манганов сулфат + йод +…+…
Състоянията на окисление променят манган и йод. Това означава, че има редуциращ агент и окислител.
Сега нека да разберем какво ще получим. Съединението ще бъде с калий, тоест ще получим калиев сулфат.
В йодните йони протичат процеси на възстановяване.
Нека начертаем схема за електронен трансфер:
- Mn+7 приема 5 e=Mn+2 2 е окислител,
- 2I- раздавам 2 e=I2 0 5 е редуциращ агент.
Поставете коефициентите в първоначалната реакция, не забравяйте да сумирате всички серни атоми в това уравнение.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Пример за анализ на OVR, включващ натриев сулфит
Използвайки класическия метод, ще съставим уравнение за веригата:
- сярна киселина + KMnO4 + натриев сулфит… натриев сулфат + манганов сулфат +…+…
След взаимодействие получаваме натриева сол, вода.
Нека направим диаграма:
- Mn+7 отнема 5 e=Mn+2 2,
- S+4 дава 2 e=S+6 5.
Подредете коефициентите в разглежданата реакция, не забравяйте да добавите серните атоми, когато подреждате коефициентите.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Пример за анализ на OVR, включващ азот
Нека изпълним следната задача. Използвайки алгоритъма, ще съставим пълното уравнение на реакцията:
- манганов нитрат + азотна киселина + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Нека анализираме какво вещество все още се образува. Тъй като реакцията е протекла между силен окислител и сол, това означава, че веществото ще бъде вода.
Показване на промяната в броя на електроните:
- Mn+2 дава 5 e=Mn+7 2 проявява свойствата на редуциращ агент,
- Pb+4 отнема 2 e=Pb+2 5 окислител.
3. Подреждаме коефициентите в първоначалната реакция, не забравяйте да добавите целия наличен азот от лявата страна на оригиналното уравнение:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2ч 2O.
Тази реакция не проявява редукционните свойства на азота.
Втора редокс реакция с азот:
Zn + сярна киселина + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 раздай 2 e=Zn+23 ще бъде реставратор,
N+5приема 3 e=N+2 2 е окислител.
Подредете коефициентите в дадена реакция:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Значението на редокс реакции
Най-известните реакции на редукция са фотосинтезата, която е характерна за растенията. Как се променят възстановителните свойства? Процесът протича в биосферата, води до увеличаване на енергията с помощта на външен източник. Именно тази енергия човечеството използва за своите нужди. Сред примерите за окислителни и редукционни реакции, свързани с химични елементи, трансформациите на азотни, въглеродни и кислородни съединения са от особено значение. Благодарение на фотосинтезата земната атмосфера има такъв състав, който е необходим за развитието на живите организми. Благодарение на фотосинтезата, количеството въглероден диоксид във въздушната обвивка не се увеличава, земната повърхност не се прегрява. Растението не само се развива с помощта на окислително-редукционна реакция, но и образува вещества като кислород и глюкоза, които са необходими на човека. Без тази химическа реакция е невъзможен пълен цикъл на вещества в природата, както и съществуването на органичен живот.
Практическо приложение на RIA
За да запазите повърхността на метала, трябва да знаете, че активните метали имат възстановяващи свойства, така че можете да покриете повърхността със слой от по-активен елемент, като същевременно забавяте процеса на химическа корозия. Поради наличието на редокс свойства, питейната вода се пречиства и дезинфекцира. Никой проблем не може да бъде решен без правилно поставяне на коефициентите в уравнението. За да избегнете грешки, е важно да имате разбиране за всички редокспараметри.
Защита срещу химическа корозия
Корозията е особен проблем за човешкия живот и дейност. В резултат на тази химическа трансформация настъпва разрушаване на метала, частите на автомобила, машинните инструменти губят експлоатационните си характеристики. За да се коригира такъв проблем, се използва защита на протектора, металът се покрива със слой лак или боя и се използват антикорозионни сплави. Например, желязна повърхност е покрита със слой от активен метал - алуминий.
Заключение
В човешкото тяло възникват различни възстановителни реакции, които осигуряват нормалното функциониране на храносмилателната система. Такива основни жизнени процеси като ферментация, гниене, дишане също са свързани с възстановителни свойства. Всички живи същества на нашата планета имат подобни способности. Без реакции с връщане и приемане на електрони, добивът, промишленото производство на амоняк, алкали и киселини е невъзможно. В аналитичната химия всички методи за обемен анализ се основават именно на редокс процеси. Борбата срещу такова неприятно явление като химическа корозия също се основава на познаването на тези процеси.
