Redoks svojstva pojedinačnih atoma kao i iona važno su pitanje u modernoj kemiji. Ovaj materijal pomaže objasniti djelovanje elemenata i tvari, provesti detaljnu usporedbu kemijskih svojstava različitih atoma.
Što je oksidant
Mnogi zadaci iz kemije, uključujući ispitna pitanja za jedinstveni državni ispit u 11. razredu i OGE u 9. razredu, povezani su s ovim konceptom. Oksidacijskim sredstvom smatraju se atomi ili ioni koji u procesu kemijske interakcije prihvaćaju elektrone drugog iona ili atoma. Ako analiziramo oksidacijska svojstva atoma, potreban nam je periodični sustav Mendeljejeva. U razdobljima koji se nalaze u tablici s lijeva na desno, oksidacijska sposobnost atoma raste, odnosno mijenja se slično svojstvima nemetala. U glavnim podskupinama, ovaj parametar se smanjuje od vrha do dna. Među najjačim jednostavnim tvarima s oksidacijskom sposobnošću prednjači fluor. Pojam kao što je "elektronegativnost", odnosno sposobnost atoma da preuzme u slučaju kemijske interakcijeelektrona, može se smatrati sinonimom za oksidirajuća svojstva. Među složenim tvarima koje se sastoje od dva ili više kemijskih elemenata mogu se smatrati svijetli oksidanti: kalijev permanganat, kalijev klorat, ozon.
Što je redukcijsko sredstvo
Redukcijska svojstva atoma karakteristična su za jednostavne tvari koje pokazuju metalna svojstva. U periodnom sustavu metalna svojstva slabe s lijeva na desno u periodima, a u glavnim podskupinama (vertikalno) rastu. Bit oporavka je povratak elektrona koji se nalaze na vanjskoj energetskoj razini. Što je veći broj elektronskih ljuski (razina), to je lakše odati "dodatne" elektrone tijekom kemijske interakcije.
Aktivni (alkalni, zemnoalkalni) metali imaju izvrsna redukcijska svojstva. Osim toga, tvari koje pokazuju slične parametre izdvajamo sumporov oksid (6), ugljični monoksid. Kako bi postigli maksimalno oksidacijsko stanje, ovi spojevi su prisiljeni pokazivati svojstva redukcije.
Proces oksidacije
Ako tijekom kemijske interakcije atom ili ion daju elektrone drugom atomu (ionu), govorimo o procesu oksidacije. Da biste analizirali kako se mijenjaju svojstva redukcije i oksidacijska snaga, trebat će vam periodni sustav elemenata, kao i poznavanje modernih zakona fizike.
Proces obnove
Proces redukcije uključuje prihvaćanje bilo kojeg od ionaatomi elektrona iz drugih atoma (iona) tijekom izravne kemijske interakcije. Izvrsna redukcijska sredstva su nitriti, sulfiti alkalnih metala. Redukciona svojstva u sustavu elemenata mijenjaju se slično metalnim svojstvima jednostavnih tvari.
OVR algoritam za raščlanjivanje
Da bi učenik postavio koeficijente u gotovu kemijsku reakciju, potrebno je koristiti poseban algoritam. Redox svojstva također pomažu u rješavanju različitih računskih problema u analitičkoj, organskoj i općoj kemiji. Predlažemo redoslijed raščlanjivanja bilo koje reakcije:
- Prvo, važno je odrediti oksidacijsko stanje svakog dostupnog elementa koristeći pravila.
- Dalje, oni atomi ili ioni koji su promijenili svoje oksidacijsko stanje određuju se da sudjeluju u reakciji.
- Znakovi minus i plus označavaju broj slobodnih elektrona danih i primljenih tijekom kemijske reakcije.
- Dalje, između broja svih elektrona, određuje se minimalni zajednički višekratnik, odnosno cijeli broj koji se bez ostatka dijeli s primljenim i zadanim elektronima.
- Tada se dijeli na elektrone uključene u kemijsku reakciju.
- Dalje, utvrđujemo koji ioni ili atomi imaju redukcijska svojstva, a također određujemo oksidirajuća sredstva.
- U završnoj fazi stavite koeficijente u jednadžbu.
Upotrebom metode elektroničke ravnoteže, postavimo koeficijente u ovu shemu reakcije:
NaMnO4 + sumporovodik + sumporna kiselina=S + Mn SO4 +…+…
Algoritam za rješavanje problema
Saznajmo koje bi tvari trebale nastati nakon interakcije. Budući da u reakciji već postoji oksidacijsko sredstvo (to će biti mangan) i definirano je redukcijsko sredstvo (to će biti sumpor), nastaju tvari u kojima se oksidacijska stanja više ne mijenjaju. Budući da se glavna reakcija odvijala između soli i jake kiseline koja sadrži kisik, jedna od konačnih tvari bit će voda, a druga će biti natrijeva sol, točnije, natrijev sulfat.
Sada napravimo shemu za davanje i primanje elektrona:
- Mn+7 treba 5 e=Mn+2.
Drugi dio sheme:
- S-2 gives2e=S0
Koeficijente stavljamo u početnu reakciju, ne zaboravljajući zbrojiti sve atome sumpora u dijelovima jednadžbe.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Analiza OVR-a koja uključuje vodikov peroksid
Upotrebom algoritma za analizu OVR-a možemo sastaviti jednadžbu za tekuću reakciju:
vodikov peroksid + sumporna kiselina + kalijev permagnanat=Mn SO4 + kisik + …+…
Oksidacijsko stanje promijenilo je ion kisika (u vodikovom peroksidu) i manganov kation u kalijevom permanganatu. To jest, imamo redukcijsko sredstvo, kao i oksidacijsko sredstvo.
Odredimo kakve se tvari još mogu dobiti nakon interakcije. Jedna od njih bit će voda, što je sasvim očito reakcija između kiseline i soli. Kalij nije formirao novitvari, drugi proizvod bit će kalijeva sol, odnosno sulfat, budući da je reakcija bila sa sumpornom kiselinom.
Shema:
2O – donira 2 elektrona i pretvara se u O 2 0 5
Mn+7 prihvaća 5 elektrona i postaje Mn ion+2 2
Postavite koeficijente.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Primjer OVR analize koja uključuje kalijev kromat
Upotrebom metode elektroničke ravnoteže napravit ćemo jednadžbu s koeficijentima:
FeCl2 + klorovodična kiselina + kalijev kromat=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oksidacija promijenjena željezo (u željeznom kloridu II) i ion kroma u kalijevom dikromatu.
Sada pokušajmo saznati koje druge tvari nastaju. Jedan može biti sol. Budući da kalij nije stvorio nikakav spoj, drugi produkt će biti kalijeva sol, točnije, klorid, jer se reakcija odvijala sa klorovodičnom kiselinom.
Napravimo dijagram:
Fe+2 daje e= Fe+3 6 reduktor,
2Cr+6 prihvaća 6 e=2Cr +31 oksidant.
Stavite koeficijente u početnu reakciju:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PrimjerOVR analiza koja uključuje kalijev jodid
Naoružani pravilima, napravimo jednadžbu:
kalijev permanganat + sumporna kiselina + kalijev jodid…mangan sulfat + jod +…+…
Oksidacijska stanja promijenila su mangan i jod. To jest, prisutni su redukcijski i oksidacijski agens.
Sada doznajmo što ćemo završiti. Spoj će biti s kalijem, odnosno dobit ćemo kalijev sulfat.
Procesi oporavka odvijaju se u jodnim ionima.
Nacrtajmo shemu prijenosa elektrona:
- Mn+7 prihvaća 5 e=Mn+2 2 je oksidans,
- 2I- pokloniti 2 e=I2 0 5 je redukcijski agens.
Postavite koeficijente u početnu reakciju, ne zaboravite zbrojiti sve atome sumpora u ovoj jednadžbi.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Primjer analize OVR-a koji uključuje natrijev sulfit
Koristeći klasičnu metodu, sastavit ćemo jednadžbu za krug:
- sumporna kiselina + KMnO4 + natrijev sulfit… natrijev sulfat + mangan sulfat +…+…
Nakon interakcije dobivamo natrijevu sol, vodu.
Napravimo dijagram:
- Mn+7 treba 5 e=Mn+2 2,
- S+4 daje 2 e=S+6 5.
Rasporedite koeficijente u reakciji koja se razmatra, ne zaboravite dodati atome sumpora kada sređujete koeficijente.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Primjer analize OVR-a koji uključuje dušik
Napravimo sljedeći zadatak. Koristeći algoritam, sastavit ćemo kompletnu jednadžbu reakcije:
- manganov nitrat + dušična kiselina + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Analizirajmo koja se tvar još stvara. Budući da se reakcija odvijala između jakog oksidacijskog sredstva i soli, to znači da će tvar biti voda.
Prikaži promjenu broja elektrona:
- Mn+2 daje 5 e=Mn+7 2 pokazuje svojstva redukcijskog agensa,
- Pb+4 treba 2 e=Pb+2 5 oksidans.
3. Raspoređujemo koeficijente u početnoj reakciji, svakako zbrojite sav dušik dostupan na lijevoj strani izvorne jednadžbe:
- 2Mn(NE3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Ova reakcija ne pokazuje redukcijska svojstva dušika.
Druga redoks reakcija s dušikom:
Zn + sumporna kiselina + HNO3=ZnSO4 + NE+…
- Zn0 pokloniti 2 e=Zn+23 će biti restaurator,
N+5prihvaća 3 e=N+2 2 je oksidant.
Rasporedite koeficijente u danoj reakciji:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Važnost redoks reakcija
Najpoznatije reakcije redukcije su fotosinteza, koja je karakteristična za biljke. Kako se obnavljajuća svojstva mijenjaju? Proces se događa u biosferi, dovodi do povećanja energije uz pomoć vanjskog izvora. To je ta energija koju čovječanstvo koristi za svoje potrebe. Među primjerima oksidativnih i redukcijskih reakcija povezanih s kemijskim elementima, od posebne su važnosti transformacije spojeva dušika, ugljika i kisika. Zahvaljujući fotosintezi, Zemljina atmosfera ima takav sastav koji je neophodan za razvoj živih organizama. Zahvaljujući fotosintezi, količina ugljičnog dioksida u zračnoj ljusci se ne povećava, površina Zemlje se ne pregrije. Biljka se ne razvija samo uz pomoć redoks reakcije, već stvara i tvari poput kisika i glukoze koje su ljudima neophodne. Bez ove kemijske reakcije nemoguć je puni ciklus tvari u prirodi, kao i postojanje organskog života.
Praktična primjena RIA
Kako biste očuvali površinu metala, morate znati da aktivni metali imaju obnavljajuća svojstva, tako da možete prekriti površinu slojem aktivnijeg elementa, a pritom usporavati proces kemijske korozije. Zbog prisutnosti redoks svojstava, voda za piće se pročišćava i dezinficira. Nijedan problem se ne može riješiti bez ispravnog postavljanja koeficijenata u jednadžbu. Kako bi se izbjegle pogreške, važno je razumjeti sve redoksparametri.
Zaštita od kemijske korozije
Korozija je poseban problem za ljudski život i djelovanje. Kao rezultat ove kemijske transformacije dolazi do uništenja metala, dijelovi automobila, alatni strojevi gube svoje operativne karakteristike. Kako bi se ispravio takav problem, koristi se zaštita gaznoga sloja, metal se premazuje slojem laka ili boje, a koriste se antikorozivne legure. Na primjer, željezna površina prekrivena je slojem aktivnog metala - aluminija.
Zaključak
U ljudskom tijelu se javljaju razne reakcije oporavka, osiguravaju normalno funkcioniranje probavnog sustava. Takvi osnovni životni procesi kao što su fermentacija, propadanje, disanje također su povezani s obnavljajućim svojstvima. Sva živa bića na našem planetu imaju slične sposobnosti. Bez reakcija s povratkom i prihvaćanjem elektrona nemoguće je rudarenje, industrijska proizvodnja amonijaka, lužina i kiselina. U analitičkoj kemiji sve metode volumetrijske analize temelje se upravo na redoks procesima. Borba protiv tako neugodne pojave kao što je kemijska korozija također se temelji na poznavanju ovih procesa.
