Redoxné vlastnosti jednotlivých atómov ako aj iónov sú dôležitou otázkou v modernej chémii. Tento materiál pomáha vysvetliť činnosť prvkov a látok, vykonať podrobné porovnanie chemických vlastností rôznych atómov.
Čo je oxidačné činidlo
S týmto konceptom je spojených veľa úloh z chémie, vrátane testových otázok pre jednotnú štátnu skúšku v 11. ročníku a OGE v 9. ročníku. Za oxidačné činidlo sa považujú atómy alebo ióny, ktoré v procese chemickej interakcie prijímajú elektróny z iného iónu alebo atómu. Ak analyzujeme oxidačné vlastnosti atómov, potrebujeme periodický systém Mendelejeva. V periódach umiestnených v tabuľke zľava doprava sa oxidačná schopnosť atómov zvyšuje, to znamená, že sa mení podobne ako nekovové vlastnosti. V hlavných podskupinách sa tento parameter znižuje zhora nadol. Medzi najsilnejšími jednoduchými látkami s oxidačnou schopnosťou je na prvom mieste fluór. Termín ako "elektronegativita", to znamená schopnosť atómu prijať v prípade chemickej interakcieelektróny, možno považovať za synonymum oxidačných vlastností. Medzi komplexné látky, ktoré pozostávajú z dvoch alebo viacerých chemických prvkov, možno považovať za jasné oxidačné činidlá: manganistan draselný, chlorečnan draselný, ozón.
Čo je redukčné činidlo
Redukčné vlastnosti atómov sú charakteristické pre jednoduché látky, ktoré vykazujú kovové vlastnosti. V periodickej tabuľke vlastnosti kovov zľava doprava v periódach slabnú a v hlavných podskupinách (vertikálne) narastajú. Podstatou obnovy je návrat elektrónov, ktoré sa nachádzajú na vonkajšej energetickej úrovni. Čím väčší je počet elektrónových obalov (hladín), tým ľahšie je počas chemickej interakcie rozdať "extra" elektróny.
Aktívne kovy (alkalické, alkalické zeminy) majú vynikajúce redukčné vlastnosti. Okrem toho, látky vykazujúce podobné parametre, upozorňujeme na oxid sírový (6), oxid uhoľnatý. Aby sa dosiahol maximálny oxidačný stav, tieto zlúčeniny sú nútené vykazovať redukčné vlastnosti.
Proces oxidácie
Ak počas chemickej interakcie atóm alebo ión odovzdáva elektróny inému atómu (iónu), hovoríme o procese oxidácie. Na analýzu toho, ako sa menia redukčné vlastnosti a oxidačná sila, budete potrebovať periodickú tabuľku prvkov, ako aj znalosti moderných fyzikálnych zákonov.
Proces obnovy
Redukčné procesy zahŕňajú akceptovanie oboch iónovatómov elektrónov z iných atómov (iónov) pri priamej chemickej interakcii. Vynikajúce redukčné činidlá sú dusitany, siričitany alkalických kovov. Redukčné vlastnosti v sústave prvkov sa menia podobne ako kovové vlastnosti jednoduchých látok.
Algoritmus analýzy OVR
Na to, aby študent umiestnil koeficienty do dokončenej chemickej reakcie, je potrebné použiť špeciálny algoritmus. Redoxné vlastnosti tiež pomáhajú riešiť rôzne výpočtové problémy v analytickej, organickej a všeobecnej chémii. Odporúčame poradie analýzy akejkoľvek reakcie:
- Najprv je dôležité určiť oxidačný stav každého dostupného prvku pomocou pravidiel.
- Potom sa určí, že sa na reakcii zúčastnia tie atómy alebo ióny, ktoré zmenili svoj oxidačný stav.
- Znamienka mínus a plus označujú počet voľných elektrónov odovzdaných a prijatých počas chemickej reakcie.
- Ďalej sa medzi počtom všetkých elektrónov určí minimálny spoločný násobok, teda celé číslo, ktoré sa bezo zvyšku vydelí prijatými a danými elektrónmi.
- Potom sa rozdelí na elektróny zapojené do chemickej reakcie.
- Ďalej určíme, ktoré ióny alebo atómy majú redukčné vlastnosti, a tiež určíme oxidačné činidlá.
- V poslednej fáze vložte koeficienty do rovnice.
Pomocou metódy elektronickej váhy umiestnime koeficienty do tejto reakčnej schémy:
NaMnO4 + sírovodík + kyselina sírová=S + Mn SO4 +…+…
Algoritmus na riešenie problému
Poďme zistiť, ktoré látky by mali po interakcii vzniknúť. Keďže v reakcii je už oxidačné činidlo (bude to mangán) a je definované redukčné činidlo (bude to síra), vznikajú látky, v ktorých sa už oxidačné stavy nemenia. Keďže hlavná reakcia prebiehala medzi soľou a silnou kyselinou obsahujúcou kyslík, jednou z konečných látok bude voda a druhou sodná soľ, presnejšie síran sodný.
Teraz si urobme schému odovzdávania a prijímania elektrónov:
- Mn+7 trvá 5 e=Mn+2.
Druhá časť schémy:
- S-2 gives2e=S0
Koeficienty sme vložili do počiatočnej reakcie, pričom sme nezabudli sčítať všetky atómy síry v častiach rovnice.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Analýza OVR zahŕňajúca peroxid vodíka
Pomocou algoritmu analýzy OVR môžeme zostaviť rovnicu pre prebiehajúcu reakciu:
peroxid vodíka + kyselina sírová + manganistan draselný=Mn SO4 + kyslík + …+…
Oxidačné stavy zmenili kyslíkový ión (v peroxide vodíka) a katión mangánu v manganistane draselnom. To znamená, že máme redukčné činidlo aj oxidačné činidlo.
Poďme určiť, aké látky je možné po interakcii ešte získať. Jednou z nich bude voda, čo je celkom evidentne reakcia medzi kyselinou a soľou. Draslík nevytvoril novýlátok, druhým produktom bude draselná soľ, konkrétne síran, keďže reakcia bola s kyselinou sírovou.
Schéma:
2O – daruje 2 elektrónov a premení sa na O 2 0 5
Mn+7 prijíma 5 elektrónov a stáva sa iónom Mn+2 2
Nastavte koeficienty.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Príklad OVR analýzy zahŕňajúcej chróman draselný
Pomocou metódy elektronického vyváženia vytvoríme rovnicu s koeficientmi:
FeCl2 + kyselina chlorovodíková + chróman draselný=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oxidačné stavy zmenili železo (v chloride železitom II) a chrómový ión v dvojchrómane draselnom.
Skúsme teraz zistiť, aké ďalšie látky vznikajú. Jedna môže byť soľ. Keďže draslík netvoril žiadnu zlúčeninu, druhým produktom bude draselná soľ, presnejšie chlorid, pretože reakcia prebehla s kyselinou chlorovodíkovou.
Urobme si diagram:
Fe+2 dáva e= Fe+3 6 redukcia,
2Cr+6 akceptuje 6 e=2Cr +31 okysličovadlo.
Vložte koeficienty do počiatočnej reakcie:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PríkladOVR analýza zahŕňajúca jodid draselný
Vyzbrojení pravidlami, urobme rovnicu:
manganistan draselný + kyselina sírová + jodid draselný…síran manganatý + jód +…+…
Oxidačné stavy zmenili mangán a jód. To znamená, že sú prítomné redukčné činidlo a oxidačné činidlo.
Teraz poďme zistiť, s čím skončíme. Zlúčenina bude s draslíkom, to znamená, že získame síran draselný.
Procesy obnovy prebiehajú v iónoch jódu.
Poďme zostaviť schému prenosu elektrónov:
- Mn+7 akceptuje 5 e=Mn+2 2 je oxidant,
- 2I- rozdať 2 e=I2 0 5 je redukčné činidlo.
Umiestnite koeficienty do počiatočnej reakcie, nezabudnite sčítať všetky atómy síry v tejto rovnici.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Príklad analýzy OVR zahŕňajúcej siričitan sodný
Pomocou klasickej metódy zostavíme rovnicu pre obvod:
- kyselina sírová + KMnO4 + siričitan sodný… síran sodný + síran manganatý +…+…
Po interakcii dostaneme sodnú soľ, vodu.
Urobme si diagram:
- Mn+7 trvá 5 e=Mn+2 2,
- S+4 dáva 2 e=S+6 5.
Usporiadajte koeficienty v uvažovanej reakcii, pri usporiadaní koeficientov nezabudnite pridať atómy síry.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Príklad analýzy OVR zahŕňajúcej dusík
Urobme nasledujúcu úlohu. Pomocou algoritmu zostavíme úplnú reakčnú rovnicu:
- dusičnan mangánu + kyselina dusičná + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Poďme analyzovať, aká látka sa ešte tvorí. Keďže reakcia prebiehala medzi silným oxidačným činidlom a soľou, znamená to, že látkou bude voda.
Zobraziť zmenu v počte elektrónov:
- Mn+2 rozdáva 5 e=Mn+7 2 vykazuje vlastnosti redukčného činidla,
- Pb+4 treba 2 e=Pb+2 5 okysličovadlo.
3. Koeficienty usporiadame v počiatočnej reakcii, nezabudnite sčítať všetok dusík dostupný na ľavej strane pôvodnej rovnice:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Táto reakcia nevykazuje redukčné vlastnosti dusíka.
Druhá redoxná reakcia s dusíkom:
Zn + kyselina sírová + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 rozdať 2 e=Zn+23 bude reštaurátor,
N+5akceptuje 3 e=N+2 2 je okysličovadlo.
Usporiadajte koeficienty v danej reakcii:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Význam redoxných reakcií
Najznámejšie redukčné reakcie sú fotosyntéza, ktorá je charakteristická pre rastliny. Ako sa menia regeneračné vlastnosti? Proces sa vyskytuje v biosfére, vedie k zvýšeniu energie pomocou vonkajšieho zdroja. Práve túto energiu ľudstvo využíva pre svoje potreby. Medzi príkladmi oxidačných a redukčných reakcií spojených s chemickými prvkami sú obzvlášť dôležité premeny zlúčenín dusíka, uhlíka a kyslíka. Zemská atmosféra má vďaka fotosyntéze také zloženie, ktoré je nevyhnutné pre vývoj živých organizmov. Vďaka fotosyntéze sa množstvo oxidu uhličitého vo vzdušnom obale nezvyšuje, povrch Zeme sa neprehrieva. Rastlina sa nevyvíja len pomocou redoxnej reakcie, ale tvorí aj látky ako kyslík a glukóza, ktoré sú pre človeka nevyhnutné. Bez tejto chemickej reakcie nie je možný úplný cyklus látok v prírode, rovnako ako existencia organického života.
Praktická aplikácia RIA
Ak chcete zachovať povrch kovu, musíte vedieť, že aktívne kovy majú regeneračné vlastnosti, takže môžete povrch pokryť vrstvou aktívnejšieho prvku a zároveň spomaliť proces chemickej korózie. Vďaka prítomnosti redoxných vlastností sa pitná voda čistí a dezinfikuje. Žiadny problém nemožno vyriešiť bez správneho umiestnenia koeficientov do rovnice. Aby sa predišlo chybám, je dôležité porozumieť všetkému redoxuparametre.
Ochrana proti chemickej korózii
Korózia je osobitným problémom ľudského života a činnosti. V dôsledku tejto chemickej transformácie dochádza k deštrukcii kovu, časti automobilu, obrábacie stroje strácajú svoje prevádzkové vlastnosti. Na odstránenie takéhoto problému sa používa ochrana dezénu, kov je potiahnutý vrstvou laku alebo farby a používajú sa antikorózne zliatiny. Napríklad železný povrch je pokrytý vrstvou aktívneho kovu - hliníka.
Záver
V ľudskom tele sa vyskytujú rôzne regeneračné reakcie, ktoré zabezpečujú normálne fungovanie tráviaceho systému. Také základné životné procesy ako fermentácia, rozklad, dýchanie sú tiež spojené s regeneračnými vlastnosťami. Všetky živé bytosti na našej planéte majú podobné schopnosti. Bez reakcií s návratom a prijatím elektrónov nie je možná ťažba, priemyselná výroba amoniaku, zásad a kyselín. V analytickej chémii sú všetky metódy objemovej analýzy založené práve na redoxných procesoch. Na znalosti týchto procesov je založený aj boj proti takému nepríjemnému javu, akým je chemická korózia.
