بسیاری از مواد دارای خواص ویژه ای هستند که در شیمی معمولا به آنها اکسید کننده یا احیا کننده می گویند.

تنها مواد شیمیاییخواص عوامل اکسید کننده را نشان می دهند، دیگران - عوامل کاهنده، در حالی که برخی از ترکیبات می توانند هر دو ویژگی را به طور همزمان نشان دهند (به عنوان مثال، پراکسید هیدروژن H 2 O 2).

عوامل اکسید کننده و کاهنده، اکسیداسیون و احیا چیست؟

خواص ردوکس یک ماده با فرآیند دادن و دریافت الکترون توسط اتم ها، یون ها یا مولکول ها مرتبط است.

عامل اکسید کننده ماده ای است که در طی واکنش الکترون ها را می پذیرد، یعنی کاهش می یابد. عامل کاهنده - الکترون ها را رها می کند، یعنی اکسید می شود. فرآیندهای انتقال الکترون از یک ماده به ماده دیگر معمولاً واکنش ردوکس نامیده می شود.

ترکیبات حاوی اتم های عناصر با حداکثر حالت اکسیداسیون تنها به واسطه این اتم ها می توانند عامل اکسید کننده باشند، زیرا آنها قبلاً تمام الکترون های ظرفیت خود را رها کرده اند و فقط قادر به پذیرش الکترون هستند. حداکثر مدرک تحصیلیاکسیداسیون اتم یک عنصر برابر است با عدد گروه در جدول تناوبی، که این عنصر به آن تعلق دارد. ترکیبات حاوی اتم های عناصر با حداقل حالت اکسیداسیون تنها می توانند به عنوان عوامل کاهنده عمل کنند، زیرا آنها فقط قادر به اهدای الکترون هستند، زیرا مواد خارجی سطح انرژیدر چنین اتم هایی با هشت الکترون تکمیل می شود

در طی واکنش های شیمیایی، تعداد و ماهیت پیوندهای بین اتم های متقابل می تواند تغییر کند، به عنوان مثال. حالت های اکسیداسیون اتم ها در مولکول ها می تواند تغییر کند.

واکنش هایی که منجر به تغییر در حالت اکسیداسیون اتم ها می شود، ردوکس نامیده می شوند.

نمونه هایی از واکنش های کاهش اکسیداسیون (به اختصار ORR):

تغییر حالت اکسیداسیون به دلیل جابجایی یا انتقال الکترون ها است. صرف نظر از اینکه الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر منتقل می شوند یا فقط تا حدی توسط یکی از اتم ها خارج می شوند، ما معمولاً از افزایش و از دست دادن الکترون صحبت می کنیم.

روندبرمی گرداند الکترون های موجود در یک اتم یا یون نامیده می شوداکسیداسیون . روندالحاق الکترون نامیده می شودمرمت .

موادی که اتم ها یا یون های آنها الکترون اهدا می کنند نامیده می شوند مرمت کننده ها . در طی واکنش آنها اکسید می شوند. موادی که اتم ها یا یون های آنها الکترون به دست می آورند نامیده می شوند عوامل اکسید کننده . در طی واکنش، آنها بازسازی می شوند.

فرآیندهای اکسیداسیون و احیا با معادلات الکترونیکی نشان داده می شود که نشان دهنده تغییر در حالت اکسیداسیون اتم های برهم کنش و تعداد الکترون هایی است که توسط عامل کاهنده داده شده یا توسط عامل اکسید کننده پذیرفته شده است.

نمونه هایی از معادلات بیان کننده فرآیندهای اکسیداسیون:

معادلات بیان کننده فرآیندهای بازیابی:

واکنش ردوکس یک فرآیند واحد است که در آن اکسیداسیون و کاهش همزمان اتفاق می‌افتد. اکسیداسیون یک اتم همیشه با کاهش اتم دیگر همراه است و بالعکس. که در آن عمومی تعداد الکترون هایی که عامل احیا کننده می دهد برابر است با تعداد الکترون هایی که عامل اکسید کننده به دست می آورد.

طبق قانون معادل ها جرم مواد واکنش دهنده به عنوان جرم مولی معادل آنها به یکدیگر مرتبط است.. مقدار معادل یک ماده در یک ORR به تعداد الکترونهایی که توسط اتمهای آن داده شده یا به دست می آیند بستگی دارد. جرم مولیمعادل با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

, (1)

جایی که م– جرم مولی ماده، g/mol

م معادله - جرم مولی ماده معادل، گرم در مول

-تعداد الکترون های اهدایی یا اضافه شده

مثلاً در واکنش

اتم منگنز 5 الکترون اضافه می کند، بنابراین مقدار معادل
1/5 است خال،و اتم گوگرد 2 الکترون و مقداری معادل از خود می دهد
1/2 است خال. جرم مولی معادل ها به ترتیب است

انواع واکنش های ردوکس

سه نوع ORR شیمیایی وجود دارد: واکنش‌های بین مولکولی، درون مولکولی و واکنش‌های خودکاهشی خود اکسیداسیون. یک گروه جداگانه از واکنش های الکتروشیمیایی تشکیل شده است.

1. واکنش های ردوکس بین مولکولی واکنش هایی هستند که در آنها عامل اکسید کننده و عامل احیا کننده مواد مختلف هستند:

2. ORR های درون مولکولی واکنش هایی هستند که در آن حالت های اکسیداسیون اتم های مختلف یک مولکول تغییر می کند:

3. واکنش های خود اکسیداسیون- خودکاهشی واکنش هایی هستند که در آن اکسیداسیون و کاهش اتم های یک عنصر اتفاق می افتد:

4. واکنش‌های الکتروشیمیایی ORRهایی هستند که در آن فرآیندهای اکسیداسیون و احیا به صورت مکانی جدا می‌شوند (روی الکترودهای جداگانه انجام می‌شوند)، و الکترون‌ها از طریق یک مدار الکتریکی خارجی از عامل کاهنده به عامل اکسیدکننده منتقل می‌شوند:

واکنش‌های ردوکس معمولاً پیچیده هستند، اما با دانستن فرمول واکنش‌دهنده‌ها و فرآورده‌های واکنش و توانایی تعیین حالت‌های اکسیداسیون اتم‌ها، می‌توانید به راحتی ضرایب را در معادله هر واکنش ردوکس قرار دهید.

عوامل اکسید کنندهذرات (اتم ها، مولکول ها یا یون ها) هستند که الکترون ها را می پذیرددر طی یک واکنش شیمیایی در این حالت، حالت اکسیداسیون عامل اکسید کننده پایین می رود. عوامل اکسید کننده در حال بازسازی هستند.

مرمت کننده ها ذرات (اتم ها، مولکول ها یا یون ها) هستند که اهدای الکتروندر طی یک واکنش شیمیایی در این حالت، حالت اکسیداسیون عامل کاهنده بالا می رود. کاهنده در این مورد اکسید کردن.

مواد شیمیایی را می توان به دو دسته تقسیم کرد عوامل اکسید کننده معمولی, عوامل کاهنده معمولیو موادی که ممکن است نشان داده شوند هر دو خاصیت اکسید کننده و کاهنده. برخی از مواد عملاً هیچ فعالیت ردوکس از خود نشان نمی دهند.

به عوامل اکسید کننده معمولی عبارتند از:

• مواد ساده - غیر فلزات با قوی ترین خواص اکسید کننده (فلورین F 2، اکسیژن O 2، کلر Cl 2)؛
• یون هافلزات یا غیر فلزاتبا حالت های اکسیداسیون مثبت بالا (معمولاً بالاتر). : اسیدها (HN + 5 O 3، HCl + 7 O 4)، نمک ها (KN + 5 O 3، KMn + 7 O 4)، اکسیدها (S + 6 O 3، Cr + 6 O 3)
• ترکیبات حاوی مقداری کاتیون های فلزیداشتن حالت های اکسیداسیون بالا: Pb 4+، Fe 3+، Au 3+ و غیره.

عوامل کاهنده معمولی - این به عنوان یک قاعده است:

• مواد ساده - فلزات(قابلیت کاهش فلزات توسط تعدادی از فعالیت های الکتروشیمیایی تعیین می شود).
• مواد پیچیده ای که حاوی اتم ها یا یون های نافلزات با حالت اکسیداسیون منفی (معمولاً کمترین).ترکیبات هیدروژنی دوتایی (H2S، HBr)، نمکهای اسیدهای بدون اکسیژن (K2S، NaI).
• برخی از ترکیبات حاوی کاتیون ها با حداقل حالت اکسیداسیون مثبت(Sn 2+، Fe 2+، Cr2+)، که با رها کردن الکترون، می تواند حالت اکسیداسیون آنها را افزایش دهد;
• ترکیبات حاوی یونهای پیچیده متشکل از غیر فلزات با حالت اکسیداسیون مثبت متوسط(S +4 O 3) 2–، (НР +3 O 3) 2–، که در آن عناصر می توانند با اهدای الکترون، حالت اکسیداسیون مثبت آن را افزایش دهد.

بیشتر مواد دیگر ممکن است نشان دهند هر دو خاصیت اکسید کننده و کاهنده.

عوامل اکسید کننده و کاهنده معمولی در جدول آورده شده است.

در عمل آزمایشگاهی متداول ترین آنها موارد زیر است عوامل اکسید کننده :

پرمنگنات پتاسیم (KMnO 4)؛

دی کرومات پتاسیم (K2Cr2O7)؛

اسید نیتریک (HNO 3)؛

متمرکز شده است اسید سولفوریک(H 2 SO 4);

پراکسید هیدروژن (H2O2)؛

اکسیدهای منگنز (IV) و سرب (IV) (MnO2، PbO2).

نیترات پتاسیم مذاب (KNO 3) و ذوب برخی نیترات های دیگر.

به کارگران مرمت ، که اعمال می شوند V عمل آزمایشگاهی مربوط بودن:

• منیزیم (Mg)، آلومینیوم (Al)، روی (Zn) و سایر فلزات فعال؛
• هیدروژن (H2) و کربن (C)؛
• یدید پتاسیم (KI)؛
• سولفید سدیم (Na2S) و سولفید هیدروژن (H2S)؛
• سولفیت سدیم (Na 2 SO 3 )؛
• کلرید قلع (SnCl 2).

طبقه بندی واکنش های ردوکس

واکنش‌های ردوکس معمولاً به چهار نوع تقسیم می‌شوند: واکنش‌های بین مولکولی، درون مولکولی، واکنش‌های نامتناسب (خودکاهشی اکسیداسیون-خودکاهشی) و واکنش‌های عدم تناسب.

واکنش های بین مولکولی با تغییر در حالت اکسیداسیون رخ می دهد عناصر مختلفاز جانب معرف های مختلف. در این مورد، محصولات مختلف اکسیداسیون و احیا .

2Al 0 + Fe +3 2 O 3 → Al + 3 2 O 3 + 2Fe 0،

C 0 + 4HN + 5 O 3 (conc) = C + 4 O 2 + 4N + 4 O 2 + 2H 2 O.

واکنش های درون مولکولی - اینها واکنش هایی هستند که در آن عناصر مختلفاز جانب یک معرفرفتن به به عنوان مثال محصولات مختلف:

(N -3 H 4) 2 Cr +6 2 O 7 → N 2 0 + Cr + 3 2 O 3 + 4 H 2 O،

2 NaN +5 O -2 3 → 2 NaN +3 O 2 + O 0 2 .

واکنش های عدم تناسب (خودترمیمی خود اکسیداسیون) واکنش هایی هستند که در آن عامل اکسید کننده و عامل کاهنده همان عنصر همان معرف،که سپس تبدیل می شود محصولات مختلف:

3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H 2 O،

تناسب مجدد (تناسب، عدم تناسب ) واکنش هایی هستند که در آن عامل اکسید کننده و عامل احیا کننده هستند همان عنصر، کدام یک از معرف های مختلفوارد می شود یکی تولید - محصول. واکنش مخالف عدم تناسب است.

2H 2 S -2 + S + 4 O 2 = 3S + 2H 2 O

قوانین اساسی برای ترکیب واکنش های ردوکس

واکنش های ردوکس با فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش همراه است:

اکسیداسیونفرآیند اهدای الکترون توسط یک عامل کاهنده است.

بهبود فرآیند به دست آوردن الکترون توسط یک عامل اکسید کننده است.

اکسید کننده در حال بازسازی استو عامل کاهنده اکسید می شود .

در واکنش های ردوکس مشاهده می شود تعادل الکترونیکی: تعداد الکترون هایی که عامل احیا کننده از خود می دهد برابر است با تعداد الکترون هایی که عامل اکسید کننده به دست می آورد. اگر ترازنامه به اشتباه تنظیم شود، نمی توانید OVR های پیچیده ایجاد کنید.

چندین روش برای ترکیب واکنش های ردوکس (ORR) استفاده می شود: روش تعادل الکترون، روش تعادل الکترون یون (روش نیمه واکنش) و روش های دیگر.

بیایید نگاه دقیق تری بیندازیم روش تراز الکترونیکی .

"شناسایی" ORR بسیار آسان است - کافی است حالت های اکسیداسیون را در همه ترکیبات مرتب کنید و تعیین کنید که اتم ها حالت اکسیداسیون را تغییر می دهند:

K + 2 S -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0

اتم های عناصری را که حالت اکسیداسیون را تغییر می دهند، در حالت قبل از واکنش و بعد از واکنش به طور جداگانه می نویسیم.

حالت اکسیداسیون توسط اتم های منگنز و گوگرد تغییر می کند:

S -2 -2e = S 0

Mn +7 + 1e = Mn +6

منگنز 1 الکترون جذب می کند، گوگرد 2 الکترون می دهد. در این صورت رعایت آن ضروری است تعادل الکترونیکی. بنابراین لازم است تعداد اتم های منگنز دو برابر شود و تعداد اتم های گوگرد بدون تغییر باقی بماند. ما ضرایب تعادل را هم قبل از معرف ها و هم قبل از محصولات نشان می دهیم!

طرحی برای کامپایل معادلات OVR با استفاده از روش تراز الکترونیکی:

توجه!ممکن است چندین عامل اکسید کننده یا کاهنده در یک واکنش وجود داشته باشد. تراز باید طوری تنظیم شود که تعداد کلالکترون های داده شده و دریافتی یکسان بودند.

الگوهای عمومی واکنش های ردوکس

محصولات واکنش های ردوکس اغلب به این بستگی دارد شرایط برای فرآیند. در نظر بگیریم عوامل اصلی موثر بر روند واکنش های ردوکس.

بارزترین عامل تعیین کننده این است محیط محلول واکنش - . به طور معمول (اما نه لزوما)، ماده ای که محیط را تعریف می کند در میان معرف ها فهرست می شود. گزینه های زیر ممکن است:

• فعالیت اکسیداتیو در یک محیط اسیدی تر تقویت می شود و عامل اکسید کننده عمیق تر کاهش می یابد(به عنوان مثال، پرمنگنات پتاسیم، KMnO 4، که در آن Mn +7 در محیط اسیدی به منگنز +2 و در یک محیط قلیایی - به منگنز +6 کاهش می یابد).
• فعالیت اکسیداتیو در محیط قلیایی تر افزایش می یابد، و عامل اکسید کننده عمیق تر کاهش می یابد (به عنوان مثال، نیترات پتاسیم KNO 3، که در آن N + 5، هنگام تعامل با یک عامل کاهنده در یک محیط قلیایی، به N -3 کاهش می یابد).
• یا عامل اکسید کننده عملاً در معرض تغییرات محیطی قرار نمی گیرد.

محیط واکنش تعیین ترکیب و شکل وجود محصولات OVR باقی مانده را ممکن می سازد. اصل اساسی این است که محصولاتی تشکیل می شوند که با معرف ها تعامل ندارند!

توجه داشته باشید! Eاگر محیط محلول اسیدی باشد، بازها و اکسیدهای بازی نمی توانند در بین محصولات واکنش وجود داشته باشند، زیرا آنها با اسید واکنش می دهند. و برعکس، در یک محیط قلیایی تشکیل اسید منتفی است و اکسید اسید. این یکی از رایج ترین و جدی ترین اشتباهات است.

جهت جریان OVR نیز تحت تأثیر قرار می گیرد ماهیت مواد واکنش دهنده مثلا، هنگامی که اسید نیتریک HNO 3 با عوامل کاهنده تعامل می کند، یک الگو مشاهده می شود - هر چه فعالیت عامل کاهنده بیشتر باشد، نیتروژن N +5 کاهش می یابد.

هنگام افزایش درجه حرارت بیشتر ODD شدیدتر و عمیق تر است.

در واکنش های ناهمگن، ترکیب محصولات اغلب تحت تأثیر قرار می گیرد درجه سنگ زنی جامد . به عنوان مثال، روی پودر شده با اسید نیتریک برخی از محصولات را تشکیل می دهد، در حالی که روی دانه بندی شده محصولات کاملا متفاوتی را تشکیل می دهد. هر چه درجه سنگ زنی معرف بیشتر باشد، فعالیت آن بیشتر می شود. معمولا.

بیایید به معمول ترین عوامل اکسید کننده آزمایشگاهی نگاه کنیم.

طرح های اساسی واکنش های ردوکس

طرح بازیابی پرمنگنات

پرمنگنات ها حاوی یک عامل اکسید کننده قوی هستند - منگنزدر حالت اکسیداسیون +7. نمک های منگنز +7 محلول را رنگ می کنند بنفشرنگ

پرمنگنات ها بسته به محیط محلول واکنش به روش های مختلفی احیا می شوند.

که در محیط اسیدی بهبود عمیق تر رخ می دهد، به Mn 2+. اکسید منگنز در حالت اکسیداسیون 2+ خواص اساسی از خود نشان می دهد، بنابراین در محیط اسیدی نمک تشکیل می شود. نمک منگنز +2 بی رنگ. که در محلول خنثی منگنز کاهش می یابد به حالت اکسیداسیون +4 ، با تحصیلات اکسید آمفوتریک MnO 2 — رنگ قهوه ای رسوب نامحلول در اسیدها و قلیاها. که در قلیاییمحیط زیست، منگنز به حداقل - به نزدیکترین - بازسازی می شود حالت های اکسیداسیون +6 . ترکیبات منگنز +6 نمایشگاه خواص اسیدی، در یک محیط قلیایی نمک تشکیل می دهند - منگنات ها. منگنات ها به محلول انتقال می دهند رنگ سبز .

بیایید برهمکنش پرمنگنات پتاسیم KMnO 4 با سولفید پتاسیم را در محیط های اسیدی، خنثی و قلیایی در نظر بگیریم. در این واکنش ها محصول اکسیداسیون یون سولفید S0 است.

5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O ،

3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O = 2 MnO 2 ↓ + 3 S↓ + 8 KOH،

یک اشتباه رایج در این واکنش نشان دادن اثر متقابل گوگرد و قلیایی در محصولات واکنش است. با این حال، گوگرد در شرایط نسبتاً سخت (درجه حرارت بالا) با قلیایی تعامل دارد که با شرایط این واکنش مطابقت ندارد. در شرایط عادی، درست است که گوگرد و قلیایی مولکولی را به طور جداگانه نشان دهیم، نه محصولات حاصل از تعامل آنها.

K 2 S + 2 KMnO 4 -(KOH) = 2 K 2 MnO 4 + S↓

هنگام تنظیم این واکنش مشکلاتی نیز ایجاد می شود. واقعیت این است که در این مورد، نوشتن یک مولکول از محیط (KOH یا قلیایی دیگر) در معرف ها برای یکسان سازی واکنش لازم نیست. قلیایی در واکنش شرکت می کند و محصول کاهش پرمنگنات پتاسیم را تعیین می کند، اما معرف ها و محصولات بدون مشارکت آن یکسان می شوند. این تناقض ظاهراً به راحتی قابل حل است اگر به یاد داشته باشیم که یک واکنش شیمیایی فقط یک نماد متعارف است که هر فرآیندی را که رخ می دهد نشان نمی دهد، بلکه صرفاً بازتابی از مجموع همه فرآیندها است. چگونه این را خودتان تعیین کنید؟ اگر از طرح کلاسیک - تعادل - ضرایب تعادل - یکسان سازی فلز پیروی کنید، خواهید دید که فلزات با ضرایب تعادل یکسان می شوند و وجود قلیایی در سمت چپ معادله واکنش اضافی خواهد بود.

پرمنگنات هااکسید کردن:

• غیر فلزاتبا حالت اکسیداسیون منفی قبل از مواد ساده (با حالت اکسیداسیون 0) استثناها — فسفر، آرسنیک - تا +5 ;
• غیر فلزاتبا حالت اکسیداسیون متوسط به بالاترین درجه اکسیداسیون؛
• فلزات فعال مثبت پایدار درجه اکسیداسیون فلز

KMnO 4 + neMe (کمترین d.o.) = neMe 0 + سایر محصولات

KMnO 4 + neMe (متوسط ​​d.o.) = neMe (d.o. بالاتر) + سایر محصولات

KMnO 4 + Me 0 = Me (Stable s.o.) + سایر محصولات

KMnO 4 + P -3، As -3 = P +5، As +5 + سایر محصولات

طرح بازیابی کرومات/بیکرومات

ویژگی خاص کروم با ظرفیت VI این است که بسته به محیط محلول، 2 نوع نمک در محلول های آبی تشکیل می دهد: کرومات ها و دی کرومات ها. کرومات های فلزی فعال (به عنوان مثال، K 2 CrO 4) نمک هایی هستند که در آنها پایدار هستند قلیاییمحیط. دی کرومات (بی کرومات) فلزات فعال (به عنوان مثال، K 2 Cr 2 O 7) - نمک، پایدار در محیط اسیدی .

ترکیبات کروم (VI) کاهش می یابد ترکیبات کروم (III) . ترکیبات کروم Cr+3 آمفوتریک هستند و بسته به محیط محلول، به اشکال مختلف در محلول وجود دارند: در محیط اسیدی به شکل نمک ها(ترکیبات آمفوتریک هنگام برهمکنش با اسیدها نمک تشکیل می دهند)، در محیط خنثی- نامحلول هیدروکسید آمفوتریککروم (III) Cr(OH) 3 ، و در یک محیط قلیایی ترکیبات کروم (III) تشکیل می شود نمک پیچیده، مثلا، هگزا هیدروکسوکرومات پتاسیم (III) K3 .

ترکیبات کروم VIاکسید کردن:

• غیر فلزاتدر حالت اکسیداسیون منفی به مواد ساده (با حالت اکسیداسیون 0) استثناها — فسفر، آرسنیک - تا +5;
• غیر فلزات V درجه متوسطاکسیداسیون به بالاترین درجه اکسیداسیون؛
• فلزات فعال از مواد ساده (مرحله اکسیداسیون 0) تا ترکیبات با مثبت پایدار درجه اکسیداسیون فلز

کرومات/بی کرومات + NeMe (منفی d.o.) = NeMe 0 + سایر محصولات

کرومات/بی کرومات + neMe (متوسط ​​مثبت d.o.) = neMe (بالاترین d.o.) + سایر محصولات

کرومات/بی کرومات + من 0 = من (پایدار d.o.) + محصولات دیگر

کرومات/بی کرومات + P، As (منفی d.o.) = P، به عنوان +5 + محصولات دیگر

تجزیه نیترات

نمک های نیترات حاوی نیتروژن در حالت اکسیداسیون +5 - قوی اکسید کننده. چنین نیتروژنی می تواند اکسیژن (O-2) را اکسید کند. این زمانی اتفاق می افتد که نیترات ها گرم می شوند. در بیشتر موارد، اکسیژن به حالت اکسیداسیون 0 اکسید می شود، یعنی. قبل از مولکولی اکسیژن O2 .

بسته به نوع فلز تشکیل دهنده نمک، محصولات مختلفی در طی تجزیه حرارتی (درجه حرارت) نیترات ها تشکیل می شود: اگر فلز فعال(در سری فعالیت های الکتروشیمیایی وجود دارد به منیزیم)، سپس نیتروژن به حالت اکسیداسیون +3 و در طی تجزیه کاهش می یابد نمک های نیتریت و اکسیژن مولکولی تشکیل می شوند .

مثلا:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2 .

فلزات فعال در طبیعت به شکل نمک (KCl، NaCl) وجود دارند.

اگر فلزی در سری فعالیت های الکتروشیمیایی باشد سمت راست منیزیم و سمت چپ مس (شامل منیزیم و مس) ، سپس با تجزیه تشکیل می شود اکسید فلزدر حالت اکسیداسیون پایدار، اکسید نیتریک (IV) (گاز قهوه ای) و اکسیژن. اکسید فلز نیز در هنگام تجزیه تشکیل می شود نیترات لیتیوم .

مثلا، تجزیه نیترات روی:

2Zn(NO 3) 2 → 2ZnО + 4NO 2 + O 2 .

فلزات با فعالیت متوسط ​​اغلب در طبیعت به شکل اکسیدها (Fe 2 O 3 ، Al 2 O 3 و غیره) یافت می شوند.

یون ها فلزات، واقع در سری فعالیت های الکتروشیمیایی سمت راست مسعوامل اکسید کننده قوی هستند. در تجزیه نیترات هاآنها مانند N +5 در اکسیداسیون اکسیژن شرکت می کنند و به مواد ساده کاهش می یابند. فلز تشکیل می شود و گازها آزاد می شوند - اکسید نیتریک (IV) و اکسیژن .

مثلا، تجزیه نیترات نقره:

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2.

فلزات غیرفعال در طبیعت به عنوان مواد ساده وجود دارند.

چند استثنا!

تجزیه نیترات آمونیوم :

مولکول نیترات آمونیوم حاوی یک عامل اکسید کننده و یک عامل کاهنده است: نیتروژن در حالت اکسیداسیون -3 فقط خواص کاهشی را نشان می دهد، در حالی که نیتروژن در حالت اکسیداسیون +5 فقط خواص اکسیداتیو را نشان می دهد.

هنگامی که گرم می شود، نیترات آمونیوم تجزیه می شود. در دمای تا 270 درجه سانتیگراد تشکیل می شود اکسید نیتریک (I)("گاز خنده") و آب:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

این نمونه ای از واکنش است عدم تناسب .

حالت اکسیداسیون حاصل از نیتروژن، میانگین حسابی حالت اکسیداسیون اتم های نیتروژن در مولکول اصلی است.

در دماهای بالاتر، اکسید نیتروژن (I) به مواد ساده تجزیه می شود - نیتروژنو اکسیژن:

2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

در تجزیه نیتریت آمونیوم NH4NO2عدم تناسب ضد نیز رخ می دهد.

حالت اکسیداسیون حاصل از نیتروژن نیز برابر است با میانگین حسابی حالت های اکسیداسیون اتم های اولیه نیتروژن - عامل اکسید کننده N +3 و عامل احیا کننده N -3.

NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O

تجزیه حرارتی نیترات منگنز (II). همراه با اکسیداسیون فلز:

Mn(NO 3) 2 = MnO 2 + 2NO 2

نیترات آهن (II). در دمای پایینبه اکسید آهن (II) تجزیه می شود، وقتی حرارت می یابد، آهن اکسید می شود و به حالت اکسیداسیون +3 می رسد:

2Fe(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 در 60 درجه سانتی گراد
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 در > 60 درجه سانتی گراد

نیکل (II) نیترات با حرارت دادن به نیتریت تجزیه می شود.

خواص اکسیداتیو اسید نیتریک

اسید نیتریک HNO 3 در هنگام تعامل با فلزات عملا است هرگز هیدروژن تولید نمی کند برخلاف اکثر اسیدهای معدنی.

این به این دلیل است که اسید حاوی یک عامل اکسید کننده بسیار قوی - نیتروژن در حالت اکسیداسیون +5 است. هنگام تعامل با عوامل کاهنده - فلزات، محصولات مختلف کاهش نیتروژن تشکیل می شود.

اسید نیتریک + فلز = نمک فلز + محصول احیای نیتروژن + H 2 O

اسید نیتریک پس از کاهش می تواند تبدیل به اکسید نیتروژن (IV) NO 2 (N +4); اکسید نیتریک (II) NO (N +2); اکسید نیتریک (I) N 2 O ("گاز خنده")؛ نیتروژن مولکولی N 2; نیترات آمونیوم NH 4 NO 3. به عنوان یک قاعده، مخلوطی از محصولات با غلبه یکی از آنها تشکیل می شود. نیتروژن از 4+ به 3- به حالت اکسیداسیون کاهش می یابد. عمق بازسازی در درجه اول بستگی دارد به دلیل ماهیت یک عامل کاهندهو بر غلظت اسید نیتریک . قانون کار می کند: هرچه غلظت اسید کمتر و فعالیت فلز بیشتر باشد، نیتروژن الکترون بیشتری دریافت می کند و محصولات کاهش یافته بیشتری تشکیل می شود..

برخی از قوانین به شما امکان می دهد محصول اصلی کاهش اسید نیتریک توسط فلزات در واکنش را به درستی تعیین کنید:

• بر اساس عمل اسید نیتریک بسیار رقیق بر فلزاتمعمولا تشکیل می شود نیترات آمونیوم NH 4 NO 3;

مثلاواکنش روی با اسید نیتریک بسیار رقیق:

4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

• اسید نیتریک غلیظدر سرما منفعل می کند برخی از فلزات - کروم کروم، آلومینیوم Al و آهن آهن . هنگامی که محلول گرم یا رقیق می شود، واکنش رخ می دهد.

غیرفعال سازی فلز - این انتقال سطح فلز به حالت غیرفعال به دلیل تشکیل لایه های نازک ترکیبات بی اثر روی سطح فلز است، در این مورد عمدتاً اکسیدهای فلزی است که با اسید نیتریک غلیظ واکنش نمی دهند.

• اسید نیتریک با فلزات زیر گروه پلاتین واکنش نمی دهد — طلااو، پلاتین Pt، و پالادیوم Pd;

• هنگام تعامل اسید غلیظ با فلزات غیر فعال و فلزات با فعالیت متوسطنیتروژناسید کاهش می یابد اکسید نیتریک (IV) NO 2 ;

مثلااکسیداسیون مس با اسید نیتریک غلیظ:

Cu+ 4HNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O

• هنگام تعامل اسید نیتریک غلیظ با فلزات فعال تشکیل می شود اکسید نیتریک (I)N2O ;

مثلا، اکسیداسیون سدیممتمرکز شده است اسید نیتریک:

Na+ 10HNO 3 = 8NaNO 3 + N 2 O + 5H 2 O

• هنگام تعامل رقیق کردن اسید نیتریک با فلزات غیر فعال (در سری فعالیت سمت راست هیدروژن) اسید به کاهش می یابد اکسید نیتریک (II) NO ;
• هنگام تعامل اسید نیتریک را با فلزات با فعالیت متوسط ​​رقیق کنید یا تشکیل می شود نیتریک اکسید (II) NO یا نیتریک اکسید N 2 O یا نیتروژن مولکولی N 2 - بسته به عوامل اضافی (فعالیت فلز، درجه آسیاب فلز، درجه رقت اسیدی، دما).
• هنگام تعامل اسید نیتریک را با فلزات فعال رقیق کنید تشکیل می شود نیتروژن مولکولی N 2 .

برای تعیین تقریبی محصولات احیاء اسید نیتریک هنگام برهم کنش با فلزات مختلف، پیشنهاد می کنم از اصل آونگ استفاده شود. عوامل اصلی که موقعیت آونگ را تغییر می دهند عبارتند از: غلظت اسید و فعالیت فلز. برای ساده کردن، ما از 3 نوع غلظت اسید استفاده می کنیم: غلیظ (بیش از 30٪)، رقیق (30٪ یا کمتر)، بسیار رقیق (کمتر از 5٪). فلزات را بر اساس فعالیت به فعال (قبل از آلومینیوم)، فعالیت متوسط ​​(از آلومینیوم به هیدروژن) و غیر فعال (بعد از هیدروژن) تقسیم می کنیم. ما محصولات احیای اسید نیتریک را به ترتیب نزولی از حالت اکسیداسیون مرتب می کنیم:

NO2; نه N2O; N 2; NH4NO3

هر چه فلز فعال تر باشد، بیشتر به سمت راست حرکت می کنیم. هر چه غلظت اسید بیشتر باشد یا درجه رقت آن کمتر باشد، بیشتر به سمت چپ جابه جا می شویم.

مثلا , اسید غلیظ و مس فلز غیرفعال مس با هم تعامل دارند. در نتیجه، به سمت چپ منتهی می شویم، اکسید نیتروژن (IV)، نیترات مس و آب تشکیل می شود.

واکنش فلزات با اسید سولفوریک

اسید سولفوریک را رقیق کنید مانند یک اسید معدنی معمولی با فلزات تعامل دارد. آن ها با فلزاتی که در سری ولتاژهای الکتروشیمیایی تا هیدروژن قرار دارند برهمکنش می کند. عامل اکسید کننده در اینجا یون های H + است که به هیدروژن مولکولی H 2 کاهش می یابد. در این مورد، فلزات، به عنوان یک قاعده، اکسید می شوند کمترین درجه اکسیداسیون

مثلا:

Fe + H 2 SO 4 (dil) = FeSO 4 + H 2

با فلزات در محدوده ولتاژ قبل و بعد از هیدروژن تعامل دارد.

H 2 SO 4 (conc) + فلز = نمک فلز + محصول احیای گوگرد (SO 2، S، H 2 S) + آب

هنگامی که اسید سولفوریک غلیظ با فلزات تعامل می کند، یک نمک فلزی (در حالت اکسیداسیون پایدار)، آب و یک محصول کاهش گوگرد تشکیل می شود - دی اکسید گوگرد S + 4 O 2، گوگرد مولکولی S یا سولفید هیدروژن H 2 S -2بسته به درجه غلظت، فعالیت فلز، درجه آسیاب آن، دما و غیره. وقتی اسید سولفوریک غلیظ با فلزات واکنش می دهد، هیدروژن مولکولی تشکیل نمی شود!

اصول اولیه برهمکنش اسید سولفوریک غلیظ با فلزات:

1. اسید سولفوریک غلیظ منفعل می کند آلومینیوم، کروم، آهن در دمای اتاق یا در سرما؛

2. اسید سولفوریک غلیظ تعامل ندارد با طلا، پلاتین و پالادیوم ;

3. با فلزات غیر فعالاسید سولفوریک غلیظبازسازی شد به اکسید گوگرد (IV)

مثلامس با اسید سولفوریک غلیظ اکسید می شود:

Cu 0 + 2H 2 S + 6 O 4 (conc) = Cu + 2 SO 4 + S + 4 O 2 + 2H 2 O

4. هنگام تعامل با فلزات فعال و رویاسید سولفوریک غلیظ تشکیل می شودگوگرد S یا سولفید هیدروژن H 2 S 2- (بسته به دما، درجه آسیاب و فعالیت فلز).

مثلا برهمکنش اسید سولفوریک غلیظ با روی:

8Na 0 + 5H 2 S + 6 O 4 (conc) → 4Na 2 + SO 4 + H 2 S — 2 + 4H 2 O

آب اکسیژنه

پراکسید هیدروژن H 2 O 2 حاوی اکسیژن در حالت اکسیداسیون -1 است. چنین اکسیژنی می تواند هم حالت اکسیداسیون را افزایش و هم کاهش دهد. بنابراین، پراکسید هیدروژن نشان می دهد هر دو خاصیت اکسید کننده و کاهنده.

پراکسید هیدروژن هنگام تعامل با عوامل کاهنده، خواص یک عامل اکسید کننده را نشان می دهد و به حالت اکسیداسیون 2- کاهش می یابد. به طور معمول، محصول کاهش پراکسید هیدروژن، بسته به شرایط واکنش، آب یا یون هیدروکسید است. مثلا:

S +4 O 2 + H 2 O 2 -1 → H 2 S + 6 O 4 -2

هنگام تعامل با عوامل اکسید کننده، پراکسید به اکسیژن مولکولی اکسید می شود (وضعیت اکسیداسیون 0): O 2 . مثلا :

2KMn +7 O 4 + 5H 2 O 2 -1 + 3H 2 SO 4 → 5O 2 0 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

یک عامل اکسید کننده و یک عامل احیا کننده برای فرموله کردن یک واکنش در شیمی آلی و معدنی استفاده می شود. اجازه دهید ویژگی های اصلی چنین تعاملاتی را در نظر بگیریم، الگوریتمی را برای ترکیب معادله و ترتیب ضرایب شناسایی کنیم.

تعاریف

عامل اکسید کننده اتم یا یونی است که هنگام برهمکنش با عناصر دیگر، الکترون ها را می پذیرد. فرآیند پذیرش الکترون را کاهش می گویند و با کاهش حالت اکسیداسیون همراه است.

آگاه نبودن شیمی ارگانیکدو روش اصلی برای ترتیب ضرایب در نظر گرفته شده است. عامل کاهنده و عامل اکسید کننده در واکنش ها با ترسیم تعادل الکترونیکی یا با روش نیمه واکنش ها تعیین می شود. بیایید نگاهی دقیق تر به روش اول ترتیب ضرایب در OVR بیندازیم.

حالت های اکسیداسیون

قبل از تعیین عامل اکسید کننده در یک واکنش، لازم است که حالت های اکسیداسیون تمام عناصر موجود در مواد دخیل در تبدیل مشخص شود. این نشان دهنده بار یک اتم یک عنصر است که طبق قوانین خاصی محاسبه می شود. در مواد پیچیده، مجموع تمام حالت های اکسیداسیون مثبت و منفی باید برابر با صفر باشد. برای فلزات زیر گروه های اصلی، با ظرفیت مطابقت دارد و دارای ارزش مثبت است.

برای غیر فلزات که در انتهای فرمول قرار دارند، درجه با تفریق عدد گروه از هشت تعیین می شود و دارای مقدار منفی است.

برای مواد ساده صفر است، زیرا فرآیندی برای پذیرش یا رها کردن الکترون وجود ندارد.

برای ترکیبات پیچیده متشکل از چندین عنصر شیمیایی، از محاسبات ریاضی برای تعیین حالت های اکسیداسیون استفاده می شود.

بنابراین، یک عامل اکسید کننده اتمی است که در فرآیند برهمکنش، حالت اکسیداسیون خود را کاهش می دهد و یک عامل احیا کننده، برعکس، ارزش آن را افزایش می دهد.

نمونه هایی از OVR

ویژگی اصلی وظایف مربوط به ترتیب ضرایب در واکنش های ردوکس، شناسایی مواد از دست رفته و تهیه فرمول آنها است. عامل اکسید کننده عنصری است که الکترون ها را می پذیرد، اما علاوه بر آن، یک عامل احیا کننده نیز باید در واکنش شرکت کرده و آنها را اهدا کند.

ما یک الگوریتم تعمیم یافته را ارائه می دهیم که توسط آن می توانید وظایف ارائه شده به فارغ التحصیلان را تکمیل کنید دبیرستانروی یک تک آزمون دولتی. بیایید به چند مثال خاص نگاه کنیم تا بفهمیم که یک عامل اکسید کننده تنها یک عنصر نیست ماده پیچیده، بلکه یک ماده ساده است.

ابتدا باید با استفاده از قوانین خاصی، حالت های اکسیداسیون را برای هر عنصر تعیین کنید.

در مرحله بعد، شما باید عناصری را که در تشکیل مواد شرکت نکرده اند تجزیه و تحلیل کنید و برای آنها فرمول ایجاد کنید. پس از رفع تمام شکاف ها، می توانید به روند ایجاد تعادل الکترونیکی بین عامل اکسید کننده و عامل کاهنده ادامه دهید. ضرایب به دست آمده در معادله قرار می گیرند و در صورت لزوم آنها را در مقابل موادی که در تعادل گنجانده نشده اند اضافه می کنند.

برای مثال با استفاده از روش تراز الکترونیکی باید معادله پیشنهادی را تکمیل کرد و ضرایب لازم را در مقابل فرمول ها قرار داد.

H 2 O 2 + H 2 SO 4 + KMnO 4 = MnSO 4 + O 2 + … + …

برای شروع، ما مقادیر حالت های اکسیداسیون را برای هر یک از آنها تعیین می کنیم

H 2 + O 2 - + H 2 + S + 6 O 4 -2 +K + Mn +7 O 4 -2 = Mn +2 S +6 O 4 -2 + O 2 0 + …+…

در طرح پیشنهادی، آنها برای اکسیژن، و همچنین برای منگنز در پرمنگنات پتاسیم تغییر می کنند. بنابراین، ما یک عامل کاهنده و یک عامل اکسید کننده پیدا کرده ایم. در سمت راست هیچ ماده ای وجود ندارد که حاوی پتاسیم باشد، بنابراین به جای شکاف ها، فرمول سولفات آن را ایجاد می کنیم.

آخرین اقدام در این کار قرار دادن ضرایب خواهد بود.

5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 + 2KMnO 4 = 2Mn SO 4 + 5O 2 + 8H 2 O + K 2 SO 4

اسیدها، پرمنگنات پتاسیم و پراکسید هیدروژن را می توان به عنوان عوامل اکسید کننده قوی در نظر گرفت. همه فلزات دارای خواص کاهشی هستند و در طی واکنش ها به کاتیون هایی با بار مثبت تبدیل می شوند.

نتیجه

فرآیندهای مربوط به پذیرش و آزادسازی الکترون های منفی نه تنها در شیمی معدنی. متابولیسمی که در موجودات زنده اتفاق می افتد نمونه بارز وقوع واکنش های ردوکس در شیمی آلی است. این اهمیت فرآیندهای در نظر گرفته شده، ارتباط آنها با طبیعت زنده و بی جان را تأیید می کند.

8. طبقه بندی واکنش های شیمیایی. OVR. الکترولیز

8.3. واکنش های ردوکس: مقررات عمومی

واکنش های ردوکس(ORR) واکنش هایی هستند که با تغییر در حالت اکسیداسیون اتم های عناصر رخ می دهند. در نتیجه این واکنش ها، برخی از اتم ها الکترون را رها می کنند، در حالی که برخی دیگر آنها را می پذیرند.

یک عامل کاهنده اتم، یون، مولکول یا PU است که الکترون اهدا می کند، عامل اکسید کننده اتم، یون، مولکول یا PU است که الکترون ها را می پذیرد:

فرآیند رها کردن الکترون را اکسیداسیون و فرآیند پذیرش الکترون نامیده می شود مرمت. OVR باید حاوی یک ماده کاهنده و یک ماده اکسید کننده باشد. هیچ فرآیند اکسیداسیونی بدون فرآیند احیا وجود ندارد و هیچ فرآیند کاهشی بدون فرآیند اکسیداسیون وجود ندارد.

عامل احیا کننده الکترون ها را رها می کند و اکسید می شود و عامل اکسید کننده الکترون ها را می پذیرد و احیا می شود.

فرآیند احیا با کاهش حالت اکسیداسیون اتم ها و فرآیند اکسیداسیون با افزایش حالت اکسیداسیون اتم های عناصر همراه است. به راحتی می توان موارد فوق را با یک نمودار (وضعیت اکسیداسیون CO) نشان داد:

نمونه های خاصفرآیندهای اکسیداسیون و کاهش (نمودار تعادل الکترونیکی) در جدول آورده شده است. 8.1.

جدول 8.1

نمونه هایی از طرح های تراز الکترونیکی

طرح تعادل الکترونیکی	ویژگی های فرآیند
فرآیند اکسیداسیون
	اتم کلسیم الکترون اهدا می کند، حالت اکسیداسیون را افزایش می دهد و یک عامل کاهنده است.
	یون کروم 2 الکترون اهدا می کند، حالت اکسیداسیون را افزایش می دهد و یک عامل کاهنده است.
	یک مولکول کلر الکترون ها را از دست می دهد، اتم های کلر حالت اکسیداسیون را از 0 به +1 افزایش می دهند، کلر یک عامل کاهنده است.
روند بازیابی
	اتم کربن الکترون ها را می پذیرد، عدد اکسیداسیون را کاهش می دهد، یک عامل اکسید کننده است
	مولکول اکسیژن الکترون ها را می پذیرد، اتم های اکسیژن حالت اکسیداسیون را از 0 به 2- کاهش می دهند، مولکول اکسیژن یک عامل اکسید کننده است.
	یون الکترون ها را می پذیرد، عدد اکسیداسیون را کاهش می دهد، یک عامل اکسید کننده است

مهمترین عوامل کاهنده: مواد ساده فلزات; هیدروژن؛ کربن به شکل کک؛ مونوکسید کربن (II)؛ ترکیبات حاوی اتم ها در کمترین حالت اکسیداسیون (هیدریدهای فلزی، سولفیدها، یدیدها، آمونیاک). قوی ترین عامل کاهنده - برقدر کاتد

مهمترین عوامل اکسید کننده: مواد ساده - هالوژن، اکسیژن، ازن. اسید سولفوریک غلیظ؛ اسید نیتریک؛ تعدادی نمک (KClO 3، KMnO 4، K 2 Cr 2 O 7)؛ پراکسید هیدروژن H 2 O 2; قوی ترین عامل اکسید کننده جریان الکتریکی در آند است.

با توجه به دوره، خواص اکسید کننده اتم ها و مواد ساده افزایش می یابد: فلوئور - قوی ترین عامل اکسید کننده در بین تمام مواد ساده. در هر دوره، هالوژن ها مواد ساده ای را تشکیل می دهند که بیشترین خاصیت اکسید کننده را دارند.

در گروه A از بالا به پایین خاصیت اکسید کننده اتم ها و مواد ساده ضعیف شده و خاصیت احیا افزایش می یابد.

برای اتم های از همان نوع، خواص احیا با افزایش شعاع افزایش می یابد. به عنوان مثال، خواص کاهشی آنیون
I- از آنیون Cl- برجسته تر است.

برای فلزات، خواص ردوکس مواد ساده و یون ها در محلول آبیبا موقعیت فلز در سری الکتروشیمیایی تعیین می شود: از چپ به راست (از بالا به پایین)، خواص کاهشی فلزات ساده ضعیف می شود: قوی ترین عامل کاهنده- لیتیوم

برای یون های فلزی در یک محلول آبی از چپ به راست در همان ردیف، خواص اکسید کننده بر این اساس افزایش می یابد: قوی ترین عامل اکسید کننده- یون های Au 3 +

برای تخصیص ضرایب در ORR، می توانید از روشی مبتنی بر ترسیم نمودارهای فرآیندهای اکسیداسیون و کاهش استفاده کنید. این روش نامیده می شود روش تراز الکترونیکی.

ماهیت روش تراز الکترونیکی به شرح زیر است.

1. یک طرح واکنش ترسیم کنید و عناصری را که حالت اکسیداسیون را تغییر دادند شناسایی کنید.

2. معادلات الکترونیکی برای نیمه واکنش های کاهش و اکسیداسیون بسازید.

3. از آنجایی که تعداد الکترون های اهدایی عامل احیا کننده باید با تعداد الکترون های پذیرفته شده توسط عامل اکسید کننده برابر باشد، عوامل اضافی با استفاده از روش کمترین مضرب مشترک (LCM) یافت می شود.

4. عوامل اضافی قبل از فرمول مواد مربوطه قرار می گیرند (ضریب 1 حذف شده است).

5. تعداد اتم های آن عناصری که حالت اکسیداسیون را تغییر نداده اند برابر می شوند (اول - هیدروژن در آب و سپس - تعداد اتم های اکسیژن).

مثالی از ترسیم یک معادله برای واکنش ردوکس

روش تراز الکترونیکی

متوجه شدیم که اتم های کربن و گوگرد حالت اکسیداسیون خود را تغییر داده اند. ما معادلات نیمه واکنش های کاهش و اکسیداسیون را می سازیم:

برای این مورد، LOC 4 است و فاکتورهای اضافی 1 (برای کربن) و 2 (برای اسید سولفوریک) است.

ما عوامل اضافی موجود در سمت چپ و راست نمودار واکنش را قبل از فرمول مواد حاوی کربن و گوگرد قرار می دهیم:

C + 2H 2 SO 4 → CO 2 + 2SO 2 + H 2 O

با قرار دادن ضریب 2 در مقابل فرمول آب، تعداد اتم های هیدروژن را برابر می کنیم و مطمئن می شویم که تعداد اتم های اکسیژن در دو طرف معادله یکسان باشد. بنابراین معادله OVR

C + 2H 2 SO 4 = CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

این سؤال مطرح می شود: در کدام قسمت از مدار OVR باید ضرب کننده های اضافی یافت شده قرار گیرد - در سمت چپ یا در سمت راست؟

برای واکنش های ساده این مهم نیست. با این حال، باید در نظر داشت: اگر عوامل اضافی در سمت چپ معادله تعریف شده باشد، ضرایب نیز در مقابل فرمول های مواد در سمت چپ قرار می گیرند. اگر محاسبات برای سمت راست انجام شده باشد، ضرایب در سمت راست معادله قرار می گیرند. مثلا:

بر اساس تعداد اتم های Al در سمت چپ:

بر اساس تعداد اتم های Al در سمت راست:

که در مورد کلی، اگر موادی در واکنش دخیل باشند ساختار مولکولی(O 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 , N 2 ) سپس هنگام انتخاب ضرایب از تعداد اتم های موجود در مولکول استفاده می کنند:

اگر N 2 O در واکنشی شامل HNO 3 تشکیل شود، بهتر است نمودار تعادل الکترونیکی نیتروژن را بر اساس دو اتم نیتروژن بنویسید. .

در برخی از واکنش های ردوکس، یکی از مواد می تواند هم به عنوان یک عامل اکسید کننده (عامل کاهنده) و هم به عنوان سازنده نمک (یعنی در تشکیل نمک شرکت کند) عمل کند.

چنین واکنش هایی به ویژه برای برهمکنش فلزات با اسیدهای اکسید کننده (HNO 3، H 2 SO 4 (conc))، و همچنین نمک های اکسید کننده (KMnO4، K2Cr2O7، KClO3، Ca( OCl) 2) با اسید هیدروکلریک (به دلیل آنیون های Cl- اسید هیدروکلریکخاصیت کاهنده دارد) و سایر اسیدها که آنیون آنها یک عامل احیا کننده است.

بیایید یک معادله برای واکنش مس با اسید نیتریک رقیق ایجاد کنیم:

می بینیم که بخشی از مولکول های اسید نیتریک صرف اکسیداسیون مس می شود و به اکسید نیتروژن (II) کاهش می یابد، و بخشی برای اتصال یون های Cu 2+ به نمک Cu (NO 3) 2 (در ترکیب نمک، حالت اکسیداسیون اتم نیتروژن مانند اسید است، یعنی تغییر نمی کند). در چنین واکنش هایی، یک عامل اضافی برای عنصر اکسید کننده همیشه قبل از فرمول محصول احیا در سمت راست قرار می گیرد، در این مورد قبل از فرمول NO، و نه HNO 3 یا Cu(NO 3) 2.

قبل از فرمول HNO 3 ضریب 8 قرار می دهیم (دو مولکول HNO 3 صرف اکسیداسیون مس و شش مولکول برای اتصال سه یون Cu 2+ به نمک می شود) ، تعداد اتم های H و O را برابر می کنیم و بدست می آوریم.

3Cu + 8HNO 3 = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

در موارد دیگر، یک اسید، به عنوان مثال اسید کلریدریک، می تواند به طور همزمان هم عامل کاهنده باشد و هم در تشکیل نمک شرکت کند:

مثال 8.5. محاسبه کنید که چه جرمی از HNO 3 برای تشکیل نمک صرف شده است که واکنش معادله آن است

روی با وزن 1.4 گرم وارد می شود.

راه حل. از معادله واکنش می بینیم که از 8 مول اسید نیتریک، تنها 2 مول به اکسیداسیون 3 مول روی رفت (فرمول محصول احیای اسید، NO، با ضریب 2 مقدم است). 6 مول اسید برای تشکیل نمک مصرف شد که با ضرب ضریب 3 در مقابل فرمول نمک Zn(HNO 3) 2 در تعداد باقی مانده های اسید در یک واحد فرمول نمک به راحتی قابل تعیین است. در 2.

n(Zn) = 1.4/65 = 0.0215 (مول).

x = 0.043 مول؛

m (HNO 3) = n (HNO 3) M (HNO 3) = 0.043 ⋅ 63 = 2.71 (g)

جواب: 2.71 گرم.

در برخی از ORR ها، حالت اکسیداسیون توسط اتم های نه دو، بلکه سه عنصر تغییر می کند.

مثال 8.6. ضرایب در ORR جریان را بر اساس طرح FeS + O 2 → Fe 2 O 3 + SO 2 با استفاده از روش تعادل الکترونیکی ترتیب دهید.

راه حل. می بینیم که حالت اکسیداسیون توسط اتم های سه عنصر: Fe، S و O تغییر می کند. در چنین مواردی، تعداد الکترون های اهدا شده توسط اتم های عناصر مختلف خلاصه می شود:

با مرتب کردن ضرایب استوکیومتری بدست می آوریم:

4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.

بیایید نمونه هایی از حل انواع دیگر تکالیف امتحانی در این موضوع را بررسی کنیم.

مثال 8.7. تعداد الکترون های منتقل شده از عامل احیا کننده به عامل اکسید کننده را در طی تجزیه کامل نیترات مس (II) با وزن 28.2 گرم نشان دهید.

راه حل. ما معادله واکنش تجزیه نمک و نمودار تعادل الکترونیکی ORR را یادداشت می کنیم. M = 188 گرم در مول.

می بینیم که 2 مول O 2 از تجزیه 4 مول نمک به وجود می آید. در این حالت، 4 مول الکترون از اتم های عامل احیا کننده (در این مورد، یون ها) به عامل اکسید کننده (یعنی یون ها) عبور می کند: . از آنجایی که مقدار شیمیایی نمک n = 28.2/188 = 0.15 (mol)، داریم:

2 مول نمک - 4 مول الکترون

0.15 مول - x

n (e) = x = 4 ⋅ 0.15/2 = 0.3 (مول)،

N (e) = N A n (e) = 6.02 ⋅ 10 23 ⋅ 0.3 = 1.806 ⋅ 10 23 (الکترون).

پاسخ: 1.806 ⋅ 10 23.

مثال 8.8. هنگامی که اسید سولفوریک با مقدار شیمیایی 0.02 مول با منیزیم واکنش داد، اتم های گوگرد 7.224 ⋅ 1022 الکترون اضافه کردند. فرمول محصول کاهش اسید را پیدا کنید.

راه حل. به طور کلی، طرح های کاهش اتم های گوگرد در اسید سولفوریک می تواند به شرح زیر باشد:

آن ها 1 مول اتم گوگرد می تواند 2، 6 یا 8 مول الکترون را بپذیرد. با توجه به اینکه 1 مول اسید حاوی 1 مول اتم گوگرد است، یعنی. n (H 2 SO 4) = n (S)، داریم:

n (e) = N (e)/N A = (7.224 ⋅ 10 22)/(6.02 ⋅ 10 23) = 0.12 (مول).

تعداد الکترون های پذیرفته شده توسط 1 مول اسید را محاسبه می کنیم:

0.02 مول اسید 0.12 مول الکترون را می پذیرد

1 مول - x

n(e) = x = 0.12/0.02 = 6 (mol).

این نتیجه مربوط به فرآیند کاهش اسید سولفوریک به گوگرد است:

جواب: گوگرد.

مثال 8.9. واکنش کربن با اسید نیتریک غلیظ آب و دو اکسید نمک ساز تولید می کند. اگر اتم های اکسید کننده در این فرآیند 0.2 مول الکترون دریافت کنند، جرم کربنی را که واکنش نشان می دهد، بیابید.

راه حل. برهمکنش مواد طبق طرح واکنش انجام می شود

ما معادلات نیمه واکنش های اکسیداسیون و کاهش را می سازیم:

از نمودارهای تعادل الکترونیکی می بینیم که اگر اتم های اکسید کننده () 4 مول الکترون را بپذیرند، آنگاه 1 مول (12 گرم) کربن وارد واکنش می شود. نسبت را می سازیم و حل می کنیم:

4 مول الکترون - 12 گرم کربن

0.2 - x

x = 0.2 ⋅ 12 4 = 0.6 (گرم).

جواب: 0.6 گرم.

طبقه بندی واکنش های ردوکس

واکنش های ردوکس بین مولکولی و درون مولکولی وجود دارد.

چه زمانی ORRهای بین مولکولیاتم های اکسید کننده و کاهنده در ترکیب گنجانده شده اند مواد مختلفو اتم های عناصر شیمیایی مختلف هستند.

چه زمانی ORR درون مولکولیاتم های اکسید کننده و احیا کننده بخشی از یک ماده هستند. واکنش های درون مولکولی شامل عدم تناسب، که در آن عامل اکسید کننده و عامل احیا کننده اتم های یکسان هستند عنصر شیمیاییموجود در همان ماده چنین واکنش هایی برای مواد حاوی اتم های با حالت اکسیداسیون متوسط ​​امکان پذیر است.

مثال 8.10. طرح عدم تناسب OVR را مشخص کنید:

1) MnO 2 + HCl → MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O

2) Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2

3) KI + Cl 2 → KCl + I 2

4) Cl 2 + KOH → KCl + KClO + H 2 O

راه حل . واکنش های 1)-3) ORR های بین مولکولی هستند:

واکنش عدم تناسب واکنش 4 است)، زیرا در آن اتم کلر هم یک عامل اکسید کننده و هم یک عامل کاهنده است:

پاسخ: 4).

خواص اکسیداسیون و کاهش مواد را می توان به صورت کیفی بر اساس تجزیه و تحلیل حالت های اکسیداسیون اتم ها در ترکیب ماده ارزیابی کرد:

1) اگر اتم مسئول خواص ردوکس در بالاترین حالت اکسیداسیون باشد، این اتم دیگر نمی تواند الکترون ها را رها کند، بلکه فقط می تواند آنها را بپذیرد. بنابراین، در OVR این ماده نمایش داده می شود فقط خواص اکسید کننده. نمونه هایی از این مواد (فرمول ها وضعیت اکسیداسیون اتم مسئول خواص ردوکس را نشان می دهد):

2) اگر اتم مسئول خواص ردوکس در کمترین حالت اکسیداسیون باشد، این ماده نشان می دهد. فقط خواص ترمیمی(این اتم دیگر نمی تواند الکترون ها را بپذیرد، فقط می تواند آنها را از بین ببرد). نمونه هایی از این گونه مواد: , . بنابراین، تنها خواص کاهشی در ORR توسط تمام آنیون های هالوژن (به استثنای F-، که برای اکسیداسیون آن جریان الکتریکی در آند استفاده می شود)، یون سولفید S2-، اتم نیتروژن در مولکول آمونیاک، نشان داده می شود. و یون هیدرید H-. فلزات (سدیم، پتاسیم، آهن) فقط خواص کاهشی دارند.

3) اگر اتم یک عنصر در حالت اکسیداسیون میانی باشد (وضعیت اکسیداسیون بیشتر از حداقل اما کمتر از حداکثر است)، آنگاه ماده (یون) مربوطه، بسته به شرایط، نشان می‌دهد. اکسیداتیو دوگانه-خواص ترمیمی: عوامل اکسید کننده قوی تر این مواد (یون ها) را اکسید می کنند و عوامل احیا کننده قوی تر آنها را کاهش می دهند. نمونه هایی از این مواد: گوگرد، از آنجا که بالاترین درجهاکسیداسیون اتم گوگرد +6 و کمترین آن 2-، اکسید گوگرد (IV)، اکسید نیتروژن (III) (بالاترین حالت اکسیداسیون اتم نیتروژن +5 و کمترین آن 3- است)، پراکسید هیدروژن است. (بالاترین حالت اکسیداسیون اتم اکسیژن 2+ و کمترین آن 2- است). یون‌های فلزی در حالت‌های اکسیداسیون میانی، ویژگی‌های ردوکس دوگانه را نشان می‌دهند: Fe 2+، Mn+4، Cr+3 و غیره.

مثال 8.11. یک واکنش اکسیداسیون-کاهش نمی تواند رخ دهد، که طرح آن به شرح زیر است:

1) Cl 2 + KOH → KCl + KClO 3 + H 2 O

2) S + NaOH → Na 2 S + Na 2 SO 3 + H 2 O

3) KClO → KClO 3 + KClO 4

4) KBr + Cl 2 → KCl + Br

راه حل. واکنشی که طرح آن در شماره 3 نشان داده شده است) نمی تواند رخ دهد، زیرا حاوی یک عامل کاهنده است، اما هیچ عامل اکسید کننده ای ندارد:

پاسخ: 3).

برای برخی از مواد، دوگانگی ردوکس به دلیل وجود اتم های مختلف در ترکیب آنها در هر دو پایین ترین و بالاترین حالت اکسیداسیون است. به عنوان مثال، اسید کلریدریک (HCl)، به دلیل اتم هیدروژن (بالاترین حالت اکسیداسیون برابر با 1) یک عامل اکسید کننده است، و به دلیل وجود آنیون Cl-، یک عامل کاهنده (کمترین حالت اکسیداسیون) است.

ORR بین موادی که فقط اکسید کننده هستند (HNO 3 و H 2 SO 4، KMnO 4 و K 2 CrO 7 ) یا فقط خواص کاهنده (HCl و HBr، HI و H 2 S) ممکن نیست.

OVRها در طبیعت بسیار رایج هستند (متابولیسم در موجودات زنده، فتوسنتز، تنفس، پوسیدگی، احتراق) و به طور گسترده توسط انسان برای اهداف مختلف (به دست آوردن فلزات از سنگ معدن، اسیدها، قلیاها، آمونیاک و هالوژن ها، ایجاد منابع جریان شیمیایی، به دست آوردن) استفاده می شود. گرما و انرژی هنگام سوزاندن مواد مختلف). اجازه دهید توجه داشته باشیم که OVR ها اغلب زندگی ما را پیچیده می کنند (فاسد شدن مواد غذایی، میوه ها و سبزیجات، خوردگی فلزات - همه اینها با وقوع فرآیندهای ردوکس مختلف همراه است).