Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari - elementlarning oksidlanish darajasi o'zgarishi bilan sodir bo'ladigan reaktsiyalar.

Oksidlanish- atom tomonidan elektronlardan voz kechish jarayoni

Qayta tiklash- atom tomonidan elektronlarni qabul qilish jarayoni

Qaytaruvchi vosita- elektronlarni beruvchi element

Oksidlovchi- elektronlarni qabul qiluvchi element

Elementlarning zaryadlarining o'zgarishi sabablari haqida vizual, ammo soddalashtirilgan g'oya uchun raqamlarga murojaat qilaylik:

Atom elektr neytral zarradir. Shuning uchun protonlar soni elektronlar soniga teng

Agar element elektrondan voz kechsa, uning zaryadi o'zgaradi. U musbat zaryadlanadi (agar qabul qilsa, aksincha, salbiy)

Bu. Elementning zaryadiga berilgan yoki qabul qilingan elektronlar soni ta'sir qiladi

I. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzish

1. Reaksiya sxemasini yozing

Na + Cl 2 -> NaCl

2. Elementlarning oksidlanish darajalarini joylashtiramiz:

Na 0 + Cl 2 0 -> Na + Cl -

3. Oksidlanish darajasini o‘zgartirgan elementlarni yozamiz va berilgan/qabul qilingan elektronlar sonini aniqlaymiz:

Na 0 -1e -> Na +

Cl 2 +2e ->2Cl -

4. Berilgan va biriktirilgan elektronlar sonining eng kichik umumiy karralini toping:

Bu. kerakli koeffitsientlarni oldik

5. Koeffitsientlarni o'rnatamiz:

2Na 0 + Cl 2 0 -> 2Na + Cl —

Oksidlovchi moddalar zarralar (atomlar, molekulalar yoki ionlar). elektronlarni qabul qiladi kimyoviy reaktsiya paytida. Bunday holda, oksidlovchi moddaning oksidlanish darajasi pastga tushadi. Oksidlovchi moddalar qayta tiklanmoqda.

Qayta tiklovchilar zarralar (atomlar, molekulalar yoki ionlar). elektronlarni beradi kimyoviy reaktsiya paytida. Bunday holda, qaytaruvchi moddaning oksidlanish darajasi ko'tariladi. Bu holda reduktorlar oksidlanish.

Kimyoviy moddalarni quyidagilarga bo'lish mumkin tipik oksidlovchi moddalar, tipik qaytaruvchi moddalar, va namoyon bo'lishi mumkin bo'lgan moddalar ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi xususiyatga ega. Ba'zi moddalar deyarli oksidlanish-qaytarilish faolligini ko'rsatmaydi.

TO tipik oksidlovchi moddalar o'z ichiga oladi:

• oddiy moddalar- metall bo'lmaganlar eng kuchli oksidlovchi xususiyatlarga ega (ftor F 2, kislorod O 2, xlor Cl 2);
• ionlarimetallar yoki metall bo'lmaganlar Bilan yuqori musbat (odatda yuqori) oksidlanish darajasi : kislotalar (HN +5 O 3, HCl +7 O 4), tuzlar (KN +5 O 3, KMn +7 O 4), oksidlar (S +6 O 3, Cr +6 O 3)
• bir qismini o'z ichiga olgan birikmalar metall kationlari ega yuqori oksidlanish darajasi: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+ va boshqalar.

Oddiy kamaytiruvchi vositalar - bu, qoida tariqasida:

• oddiy moddalar - metallar(metallarning pasaytirish qobiliyati bir qator elektrokimyoviy harakatlar bilan belgilanadi);
• o'z ichiga olgan murakkab moddalar salbiy (odatda eng past) oksidlanish darajasiga ega bo'lgan metall bo'lmaganlarning atomlari yoki ionlari: ikkilik vodorod birikmalari(H 2 S, HBr), kislorodsiz kislotalarning tuzlari (K 2 S, NaI);
• o'z ichiga olgan ba'zi birikmalar minimal ijobiy oksidlanish darajasiga ega bo'lgan kationlar(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), bu elektronlardan voz kechib, ularning oksidlanish darajasini oshirishi mumkin;
• dan tashkil topgan murakkab ionlarni o'z ichiga olgan birikmalar oraliq musbat oksidlanish darajasiga ega bo'lgan metall bo'lmaganlar(S +4 O 3) 2–, (NR +3 O 3) 2–, bunda elementlar elektronlar berib, uning ijobiy oksidlanish darajasini oshiradi.

Ko'pgina boshqa moddalar namoyon bo'lishi mumkin ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi xususiyatga ega.

Odatda oksidlovchi va qaytaruvchi moddalar jadvalda keltirilgan.

Laboratoriya amaliyotida eng ko'p qo'llaniladiganlari quyidagilardir oksidlovchi moddalar :

kaliy permanganat (KMnO 4);

kaliy dixromati (K 2 Cr 2 O 7);

azot kislotasi (HNO 3);

konsentrlangan sulfat kislota(H 2 SO 4);

vodorod periks (H 2 O 2);

marganets (IV) va qo'rg'oshin (IV) oksidlari (MnO 2, PbO 2);

eritilgan kaliy nitrat (KNO 3) va boshqa ba'zi nitratlarning eritmalari.

TO qayta tiklash ishchilari , amal qiladigan V laboratoriya amaliyoti bog'lash:

• magniy (Mg), alyuminiy (Al), sink (Zn) va boshqa faol metallar;
• vodorod (H 2) va uglerod (C);
• kaliy yodid (KI);
• natriy sulfid (Na 2 S) va vodorod sulfidi (H 2 S);
• natriy sulfit (Na 2 SO 3);
• qalay xlorid (SnCl 2).

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining tasnifi

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari odatda to‘rt turga bo‘linadi: molekulalararo, molekula ichidagi, disproporsiyalanish (avtooksidlanish-o‘z-o‘zini qaytarilish) reaksiyalari va nomutanosiblikka qarshi reaksiyalar.

Molekulyar reaksiyalar oksidlanish darajasining o'zgarishi bilan sodir bo'ladi turli elementlar dan turli reagentlar. Ushbu holatda, turli oksidlanish va qaytarilish mahsulotlari .

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

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

Molekulyar reaktsiyalar - bu reaktsiyalar turli elementlar dan bitta reaktiv ga boring turli xil mahsulotlar, masalan:

(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.

Nomutanosiblik reaksiyalari (avtooksidlanish-o'z-o'zini tiklash) - oksidlovchi va qaytaruvchi vosita bo'lgan reaktsiyalar. bir xil reaktivning bir xil elementi, keyin aylanadi turli xil mahsulotlar:

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

Reproporatsiya (mutanosiblik, qarama-qarshi nomutanosiblik ) oksidlovchi va qaytaruvchi moddalar bo'lgan reaksiyalardir bir xil element, Qaysi biri turli reagentlar ichiga kiradi bitta mahsulot. Reaksiya nomutanosiblikka qarama-qarshidir.

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

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tuzishning asosiy qoidalari

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari oksidlanish va qaytarilish jarayonlari bilan birga keladi:

Oksidlanish qaytaruvchi vosita tomonidan elektronlarni berish jarayonidir.

Qayta tiklash oksidlovchi vosita tomonidan elektron olish jarayonidir.

Oksidlovchi qayta tiklanmoqda, va qaytaruvchi vosita oksidlanadi .

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida kuzatiladi elektron balans: Qaytaruvchi vosita beradigan elektronlar soni oksidlovchi moddalar olgan elektronlar soniga teng. Agar balans noto'g'ri tuzilgan bo'lsa, siz murakkab OVRlarni yarata olmaysiz.

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarini (ORR) tuzishning bir necha usullari qo'llaniladi: elektron muvozanat usuli, elektron-ion balansi usuli (yarim reaksiya usuli) va boshqalar.

Keling, batafsil ko'rib chiqaylik elektron balans usuli .

ORRni "aniqlash" juda oson - barcha birikmalardagi oksidlanish darajalarini tartibga solish va atomlarning oksidlanish darajasini o'zgartirishini aniqlash kifoya:

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

Oksidlanish darajasini o'zgartiruvchi elementlarning atomlarini reaksiyadan oldingi va reaktsiyadan KEYIN holatida alohida yozamiz.

Oksidlanish darajasi marganets va oltingugurt atomlari tomonidan o'zgaradi:

S -2 -2e = S 0

Mn +7 + 1e = Mn +6

Marganets 1 elektronni yutadi, oltingugurt 2 elektronni beradi. Bunday holda, unga rioya qilish kerak elektron balans. Shuning uchun marganets atomlari sonini ikki baravar oshirish, oltingugurt atomlarini esa o'zgarishsiz qoldirish kerak. Biz balans koeffitsientlarini reaktivlardan oldin ham, mahsulotlardan oldin ham ko'rsatamiz!

Elektron balans usuli yordamida OVR tenglamalarini tuzish sxemasi:

Diqqat! Reaksiyada bir nechta oksidlovchi yoki qaytaruvchi moddalar bo'lishi mumkin. Balans shunday tuzilishi kerak Umumiy soni berilgan va qabul qilingan elektronlar bir xil edi.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining umumiy qonuniyatlari

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining mahsulotlari ko'pincha bog'liq jarayon uchun shart-sharoitlar. Keling, ko'rib chiqaylik Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining borishiga ta’sir etuvchi asosiy omillar.

Eng aniq belgilovchi omil reaktsiya eritma muhiti — . Odatda (lekin shart emas) muhitni belgilovchi modda reagentlar qatoriga kiradi. Quyidagi variantlar mumkin:

• oksidlovchi faollik ko'proq kislotali muhitda kuchayadi va oksidlovchi agent chuqurroq kamayadi(masalan, kaliy permanganat, KMnO 4, bu erda Mn +7 kislotali muhitda Mn +2 gacha, ishqoriy muhitda esa Mn +6 gacha);
• oksidlovchi faollik ishqoriy muhitda kuchayadi, va oksidlovchi vosita chuqurroq qaytariladi (masalan, kaliy nitrat KNO 3, bu erda N +5, ishqoriy muhitda qaytaruvchi vosita bilan o'zaro ta'sirlashganda, N -3 gacha kamayadi);
• yoki oksidlovchi vosita muhitdagi o'zgarishlarga amalda duch kelmaydi.

Reaktsiya muhiti qolgan OVR mahsulotlarining tarkibi va mavjudlik shaklini aniqlash imkonini beradi. Asosiy tamoyil - reagentlar bilan o'zaro ta'sir qilmaydigan mahsulotlar hosil bo'ladi!

Eslatma! E Agar eritma muhiti kislotali bo'lsa, unda asoslar va asos oksidlari reaksiya mahsulotlari orasida bo'lishi mumkin emas, chunki ular kislota bilan reaksiyaga kirishadilar. Va, aksincha, gidroksidi muhitda kislota hosil bo'lishi istisno qilinadi va kislota oksidi. Bu eng keng tarqalgan va eng jiddiy xatolardan biridir.

OVR oqimining yo'nalishi ham ta'sir qiladi reaksiyaga kirishuvchi moddalarning tabiati. Masalan, nitrat kislota HNO 3 qaytaruvchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, naqsh kuzatiladi - qaytaruvchining faolligi qanchalik katta bo'lsa, azot N +5 shunchalik kamayadi.

Ko'payganda harorat Aksariyat ODD yanada qizg'in va chuqurroq bo'ladi.

Geterogen reaktsiyalarda mahsulotlarning tarkibi ko'pincha ta'sir qiladi silliqlash darajasi qattiq . Misol uchun, nitrat kislota bilan kukunli sink ba'zi mahsulotlarni hosil qiladi, donador sink esa butunlay boshqa mahsulotlarni hosil qiladi. Reagentning maydalanish darajasi qanchalik katta bo'lsa, uning faolligi shunchalik yuqori bo'ladi; Qoida sifatida.

Keling, eng tipik laboratoriya oksidlovchi moddalarini ko'rib chiqaylik.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining asosiy sxemalari

Permanganatni qayta tiklash sxemasi

Permanganatlar kuchli oksidlovchi vositani o'z ichiga oladi - marganets oksidlanish holatida +7. Marganets tuzlari +7 eritmani bo'yadi binafsha rang.

Permanganatlar, reaksiya eritmasi muhitiga qarab, turli yo'llar bilan qaytariladi.

IN kislotali muhit tiklanish yanada chuqurroq sodir bo'ladi, to Mn 2+. +2 oksidlanish holatida marganets oksidi asosiy xususiyatlarni namoyon qiladi, shuning uchun in kislotali muhit tuz hosil bo'ladi. Marganets tuzlari +2 rangsiz. IN neytral eritma marganets kamayadi oksidlanish holatiga +4 , ta'lim bilan amfoter oksidi MnO 2 — jigarrang kislotalar va ishqorlarda erimaydigan cho'kma. IN ishqoriy atrof-muhit, marganets minimal darajada tiklanadi - eng yaqin oksidlanish holatlari +6 . Marganets birikmalari +6 ko'rgazma kislota xossalari, ishqoriy muhitda ular tuzlar hosil qiladi - manganatlar. Manganatlar eritmani beradi yashil rang .

Kaliy permanganat KMnO 4 ning kaliy sulfid bilan kislotali, neytral va ishqoriy muhitdagi o‘zaro ta’sirini ko‘rib chiqamiz. Bu reaksiyalarda sulfid ionining oksidlanish mahsuloti S0 ga teng.

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,

Ushbu reaksiyadagi keng tarqalgan xato - bu reaksiya mahsulotlarida oltingugurt va ishqorning o'zaro ta'sirini ko'rsatishdir. Biroq, oltingugurt ishqor bilan juda og'ir sharoitlarda (ko'tarilgan haroratda) o'zaro ta'sir qiladi, bu reaktsiya shartlariga mos kelmaydi. Oddiy sharoitlarda molekulyar oltingugurt va ishqorni ularning o'zaro ta'siri mahsulotlarini emas, balki alohida ko'rsatish to'g'ri bo'ladi.

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

Ushbu reaktsiyani tuzishda ham qiyinchiliklar paydo bo'ladi. Gap shundaki, bu holda reaksiyani tenglashtirish uchun reagentlarga muhit molekulasini (KOH yoki boshqa gidroksidi) yozish shart emas. Ishqor reaksiyada ishtirok etadi va kaliy permanganatning qaytarilish mahsulotini aniqlaydi, lekin uning ishtirokisiz reagentlar va mahsulotlar tenglashtiriladi. Agar kimyoviy reaksiya sodir bo'layotgan har bir jarayonni ko'rsatmaydigan, balki barcha jarayonlar yig'indisining aksi bo'lgan oddiy belgi ekanligini eslasak, bu paradoksni osongina hal qilish mumkin. Buni o'zingiz qanday aniqlash mumkin? Agar siz klassik sxemaga amal qilsangiz - balans - balans koeffitsientlari - metallni tenglashtirish, u holda siz metallar muvozanat koeffitsientlari bilan tenglashtirilganligini va reaksiya tenglamasining chap tomonida ishqorning mavjudligi ortiqcha bo'lishini ko'rasiz.

Permanganatlar oksidlanish:

• metall bo'lmaganlar salbiy oksidlanish darajasi bilan oddiy moddalarga (oksidlanish darajasi 0 bilan), istisnolar — fosfor, mishyak - +5 gacha ;
• metall bo'lmaganlar oraliq oksidlanish darajasi bilan oksidlanishning eng yuqori darajasiga;
• faol metallar barqaror ijobiy metallning oksidlanish darajasi.

KMnO 4 + neMe (eng past d.o.) = neMe 0 + boshqa mahsulotlar

KMnO 4 + neMe (oraliq d.o.) = neMe (yuqoriroq d.o.) + boshqa mahsulotlar

KMnO 4 + Me 0 = Men (barqaror s.o.) + boshqa mahsulotlar

KMnO 4 + P -3 , As -3 = P +5 , As +5 + boshqa mahsulotlar

Xromat/bixromatni qayta tiklash sxemasi

Valentlik VI bo'lgan xromning o'ziga xos xususiyati shundaki, u tarkibida 2 xil tuz hosil qiladi suvli eritmalar: eritma muhitiga qarab xromatlar va bixromatlar. Faol metall xromatlar (masalan, K 2 CrO 4) barqaror tuzlardir ishqoriy muhit. Faol metallarning dikromatlari (bixromatlar). (masalan, K 2 Cr 2 O 7) - tuzlar, barqaror kislotali muhitda .

Xrom (VI) birikmalari ga qaytariladi xrom (III) birikmalari . Xrom birikmalari Cr +3 amfoterdir va eritma muhitiga qarab ular eritmada turli shakllarda mavjud: kislotali muhitda shaklda. tuzlar(amfoter birikmalar kislotalar bilan o'zaro ta'sirlashganda tuzlar hosil qiladi), in neytral muhit- erimaydigan amfoter gidroksid xrom (III) Cr(OH) 3 , va ishqoriy muhitda xrom (III) birikmalari hosil bo'ladi murakkab tuz, Masalan, kaliy geksagidroksoxromat (III) K 3 .

Xrom VI birikmalari oksidlanish:

• metall bo'lmaganlar salbiy oksidlanish holatida oddiy moddalarga (oksidlanish darajasi 0 bilan), istisnolar — fosfor, mishyak - +5 gacha;
• metall bo'lmaganlar oraliq oksidlanish holatida oksidlanishning eng yuqori darajasiga;
• faol metallar oddiy moddalardan (oksidlanish bosqichi 0) bilan birikmalarga qadar barqaror ijobiy metallning oksidlanish darajasi.

Xromat/bikromat + NeMe (salbiy d.o.) = NeMe 0 + boshqa mahsulotlar

Xromat/bixromat + neMe (oraliq musbat d.o.) = neMe (yuqoriroq D.o.) + boshqa mahsulotlar

Xromat/bikromat + Me 0 = Me (barqaror d.o.) + boshqa mahsulotlar

Xromat/bikromat + P, As (salbiy d.o.) = P, As +5 + boshqa mahsulotlar

Nitratlarning parchalanishi

Nitrat tuzlari o'z ichiga oladi oksidlanish holatidagi azot +5 - kuchli oksidlovchi. Bunday azot kislorodni oksidlashi mumkin (O -2). Bu nitratlar qizdirilganda sodir bo'ladi. Ko'pgina hollarda kislorod oksidlanish darajasi 0 ga oksidlanadi, ya'ni. oldin molekulyar kislorod O2 .

Tuzni hosil qiluvchi metallning turiga qarab, nitratlarning termik (harorat) parchalanishi jarayonida turli mahsulotlar hosil bo'ladi: agar faol metall(elektrokimyoviy faollik qatorida mavjud magniyga), keyin azot oksidlanish darajasi +3 ga kamayadi va parchalanish paytida nitrit tuzlari va molekulyar kislorod hosil bo'ladi .

Masalan:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2.

Faol metallar tabiatda tuzlar (KCl, NaCl) holida uchraydi.

Agar metall elektrokimyoviy faollik qatorida bo'lsa magniyning o'ng tomonida va misning chap tomonida (shu jumladan magniy va mis) , keyin parchalanishdan keyin u hosil bo'ladi metall oksidi barqaror oksidlanish holatida, azot oksidi (IV) (jigarrang gaz) Va kislorod. Metall oksidi parchalanish jarayonida ham hosil bo'ladi lityum nitrat .

Masalan, parchalanish sink nitrat:

2Zn(NO 3) 2 → 2ZnO + 4NO 2 + O 2 .

Oraliq faollikdagi metallar tabiatda ko'pincha oksidlar (Fe 2 O 3, Al 2 O 3 va boshqalar) shaklida uchraydi.

Ionlar metallar, elektrokimyoviy faollik qatorida joylashgan misning o'ng tomonida kuchli oksidlovchi moddalardir. Da nitratlarning parchalanishi ular, N +5 kabi, kislorodning oksidlanishida ishtirok etadilar va oddiy moddalarga qaytariladi, ya'ni. metall hosil bo'ladi va gazlar chiqariladi - azot oksidi (IV) va kislorod .

Masalan, parchalanish kumush nitrat:

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2.

Faol bo'lmagan metallar tabiatda oddiy moddalar sifatida uchraydi.

Ba'zi istisnolar!

Parchalanish ammoniy nitrat :

Ammiakli selitra molekulasi ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi moddani o'z ichiga oladi: -3 oksidlanish holatidagi azot faqat qaytaruvchi xususiyatni namoyon qiladi, +5 oksidlanish holatidagi azot esa faqat oksidlovchi xususiyatni namoyon qiladi.

Isitilganda ammiakli selitra parchalanadi. 270 o S gacha bo'lgan haroratlarda u hosil bo'ladi azot oksidi (I)("kulgan gaz") va suv:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

Bu reaktsiyaga misol qarama-qarshi nomutanosiblik .

Azotning hosil boʻlgan oksidlanish darajasi dastlabki molekuladagi azot atomlarining oksidlanish darajasining oʻrtacha arifmetik koʻrsatkichidir.

Yuqori haroratlarda azot oksidi (I) oddiy moddalarga parchalanadi - azot Va kislorod:

2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O

Da parchalanish ammoniy nitrit NH4NO2 qarama-qarshi nomutanosiblik ham yuzaga keladi.

Azotning hosil bo'lgan oksidlanish darajasi ham boshlang'ich azot atomlari - oksidlovchi N +3 va qaytaruvchi N -3 oksidlanish darajalarining o'rtacha arifmetik qiymatiga teng.

NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O

Termik parchalanish marganets (II) nitrat metall oksidlanishi bilan birga:

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

Temir (II) nitrat da past haroratlar temir (II) oksidigacha parchalanadi; qizdirilganda temir oksidlanish darajasiga +3 oksidlanadi:

2Fe(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 60°C da
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 >60°C da

Nikel (II) nitrat qizdirilganda nitritgacha parchalanadi.

Nitrat kislotaning oksidlanish xossalari

Nitrat kislota HNO 3 metallar bilan o'zaro ta'sirlashganda amalda hech qachon vodorod hosil qilmaydi , ko'pchilik mineral kislotalardan farqli o'laroq.

Buning sababi shundaki, kislota tarkibida juda kuchli oksidlovchi modda - oksidlanish darajasi +5 bo'lgan azot mavjud. Qaytaruvchi moddalar - metallar bilan o'zaro ta'sirlashganda turli xil azot qaytaruvchi mahsulotlar hosil bo'ladi.

Nitrat kislota + metall = metall tuzi + azotni qaytaruvchi mahsulot + H 2 O

Qaytarilganda nitrat kislotaga aylanishi mumkin azot oksidi (IV) NO 2 (N +4); azot oksidi (II) NO (N +2); azot oksidi (I) N 2 O ("kuluvchi gaz"); molekulyar azot N 2; ammoniy nitrat NH 4 NO 3. Qoida tariqasida, ulardan birining ustunligi bilan mahsulotlar aralashmasi hosil bo'ladi. Azot oksidlanish darajasiga +4 dan -3 gacha kamayadi. Qayta tiklash chuqurligi birinchi navbatda bog'liq kamaytiruvchi vositaning tabiati bo'yicha Va nitrat kislota kontsentratsiyasi bo'yicha . Qoida ishlaydi: kislota kontsentratsiyasi qanchalik past bo'lsa va metallning faolligi qanchalik yuqori bo'lsa, azot shunchalik ko'p elektron oladi va shunchalik kamaytirilgan mahsulotlar hosil bo'ladi..

Ba'zi qonuniyatlar reaktsiyada nitrat kislotaning metallar tomonidan qaytarilishining asosiy mahsulotini to'g'ri aniqlashga imkon beradi:

• harakat ustiga juda suyultirilgan nitrat kislota yoqilgan metallar odatda shakllanadi ammoniy nitrat NH 4 NO 3;

Masalan, ruxning juda suyultirilgan nitrat kislota bilan reaksiyasi:

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

• konsentrlangan nitrat kislota sovuqda passivlashtiradi ba'zi metallar - xrom Cr, alyuminiy Al va temir Fe . Eritma qizdirilganda yoki suyultirilganda reaktsiya paydo bo'ladi;

metall passivatsiyasi - bu metall yuzasida inert birikmalarning yupqa qatlamlari, bu holda asosan konsentrlangan nitrat kislota bilan reaksiyaga kirishmaydigan metall oksidlari hosil bo'lishi sababli metall sirtining faol bo'lmagan holatga o'tishi.

• Nitrat kislota platina kichik guruhidagi metallar bilan reaksiyaga kirishmaydi — oltin Au, platina Pt, va palladiy Pd;

• o'zaro aloqada bo'lganda faol bo'lmagan metallar bilan konsentrlangan kislota va o'rtacha faollikdagi metallar azot kislotagacha kamayadi azot oksidi (IV) YO'Q 2 ;

Masalan, misning konsentrlangan nitrat kislota bilan oksidlanishi:

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

• o'zaro aloqada bo'lganda faol metallar bilan konsentrlangan nitrat kislota shakllanadi Azot oksidi (I) N2O ;

Masalan, oksidlanish natriy konsentrlangan azot kislotasi:

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

• o'zaro aloqada bo'lganda nitrat kislotani faol bo'lmagan metallar bilan suyultiring (vodorodning o'ng tomonidagi faollik qatorida) kislota gacha kamayadi azot oksidi (II) NO ;
• o'zaro aloqada bo'lganda nitrat kislotani o'rtacha faollikdagi metallar bilan suyultiring ham shakllanadi azot oksidi (II) NO yoki azot oksidi N 2 O yoki molekulyar azot N 2 - qo'shimcha omillarga bog'liq (metall faolligi, metallning silliqlash darajasi, kislota suyultirish darajasi, harorat).
• o'zaro aloqada bo'lganda faol metallar bilan suyultirilgan azot kislotasi shakllanadi molekulyar azot N 2 .

Turli metallar bilan o'zaro ta'sirlashganda nitrat kislotaning qaytarilish mahsulotlarini taxminan aniqlash uchun men mayatnik printsipidan foydalanishni taklif qilaman. Sarkacning holatini o'zgartiruvchi asosiy omillar quyidagilardir: kislota kontsentratsiyasi va metall faolligi. Soddalashtirish uchun biz 3 turdagi kislota konsentratsiyasidan foydalanamiz: konsentrlangan (30% dan ortiq), suyultirilgan (30% yoki undan kam), juda suyultirilgan (5% dan kam). Metalllarni faolligiga ko'ra faol (alyuminiydan oldin), o'rta faollik (alyuminiydan vodorodgacha) va faol bo'lmagan (vodoroddan keyin) ga ajratamiz. Biz nitrat kislotaning qaytarilish mahsulotlarini oksidlanish darajasining kamayishi tartibida joylashtiramiz:

NO2; YO'Q; N2O; N 2; NH4NO3

Metall qanchalik faol bo'lsa, biz o'ngga o'tamiz. Konsentratsiya qanchalik yuqori bo'lsa yoki kislotaning suyultirish darajasi qanchalik past bo'lsa, biz chapga o'tamiz.

Masalan , konsentrlangan kislota va nofaol metall mis Cu o'zaro ta'sir qiladi. Natijada, biz o'ta chap holatga o'tamiz, azot oksidi (IV), mis nitrat va suv hosil bo'ladi.

Metalllarning sulfat kislota bilan reaksiyasi

Suyultirilgan sulfat kislota oddiy mineral kislota kabi metallar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bular. vodorodgacha bo'lgan elektrokimyoviy kuchlanishlar qatorida joylashgan metallar bilan o'zaro ta'sir qiladi. Bu erda oksidlovchi vosita H + ionlari bo'lib, ular molekulyar vodorod H 2 ga qaytariladi. Bunday holda, metallar, qoida tariqasida, oksidlanadi eng kam oksidlanish darajasi.

Masalan:

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

vodoroddan oldin ham, keyin ham kuchlanish oralig'idagi metallar bilan o'zaro ta'sir qiladi.

H 2 SO 4 (kons) + metall = metall tuzi + oltingugurtni qaytaruvchi mahsulot (SO 2, S, H 2 S) + suv

Konsentrlangan sulfat kislota metallar bilan o'zaro ta'sirlashganda, metall tuzi (barqaror oksidlanish holatida), suv va oltingugurtni qaytaruvchi mahsulot hosil bo'ladi - oltingugurt dioksidi S +4 O 2, molekulyar oltingugurt S yoki vodorod sulfidi H 2 S -2, kontsentratsiya darajasiga, metallning faolligiga, uning silliqlash darajasiga, haroratga va boshqalarga bog'liq. Konsentrlangan sulfat kislota metallar bilan reaksiyaga kirishganda molekulyar vodorod hosil bo'lmaydi!

Konsentrlangan sulfat kislotaning metallar bilan o'zaro ta'sirining asosiy tamoyillari:

1. Konsentrlangan sulfat kislota passivlashtiradi alyuminiy, xrom, temir xona haroratida yoki sovuqda;

2. Konsentrlangan sulfat kislota o'zaro ta'sir qilmaydi Bilan oltin, platina va palladiy ;

3. BILAN faol bo'lmagan metallar konsentrlangan sulfat kislota ga qayta tiklandi oltingugurt (IV) oksidi.

Masalan, mis konsentrlangan sulfat kislota bilan oksidlanadi:

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

4. O'zaro aloqada bo'lganda faol metallar va sink bilan konsentrlangan sulfat kislota hosil qiladioltingugurt S yoki vodorod sulfid H 2 S 2- (haroratga, silliqlash darajasiga va metallning faolligiga qarab).

Masalan , konsentrlangan sulfat kislotaning rux bilan o'zaro ta'siri:

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

Vodorod peroksid

Vodorod periks H 2 O 2 oksidlanish holatida -1 kislorodni o'z ichiga oladi. Bunday kislorod oksidlanish darajasini ham oshirishi, ham kamaytirishi mumkin. Shunday qilib, vodorod periks namoyon bo'ladi ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi xususiyatga ega.

Qaytaruvchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, vodorod periks oksidlovchi moddaning xususiyatlarini namoyon qiladi va -2 oksidlanish darajasiga kamayadi. Odatda, vodorod periksni kamaytirish mahsuloti reaktsiya sharoitlariga qarab suv yoki gidroksid ionidir. Masalan:

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

Oksidlovchi moddalar bilan o'zaro ta'sirlashganda, peroksid molekulyar kislorodga oksidlanadi (oksidlanish darajasi 0): O 2 . Masalan :

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

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari yoki qisqacha ORR kimyo fanining asoslaridan biridir, chunki ular individual moddalarning o'zaro ta'sirini tavsiflaydi. kimyoviy elementlar bir-biri bilan. Ushbu reaktsiyalarning nomidan ko'rinib turibdiki, ular kamida ikkita turli xil reaktsiyalarni o'z ichiga oladi kimyoviy moddalar ulardan biri oksidlovchi, ikkinchisi esa qaytaruvchi vazifasini bajaradi. Shubhasiz, ularni farqlash va aniqlash juda muhimdir kimyoviy reaksiyalar.

Oksidlovchi va qaytaruvchini qanday aniqlash mumkin
Kimyoviy reaksiyalarda oksidlovchi va qaytaruvchini aniqlashdagi asosiy qiyinchilik shundaki, bir xil moddalar har xil hollarda ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi bo'lishi mumkin. Reaksiyada ma'lum bir kimyoviy elementning rolini to'g'ri aniqlashni o'rganish uchun siz quyidagi asosiy tushunchalarni aniq tushunishingiz kerak.

1. Oksidlanish kimyoviy elementning tashqi elektron qatlamidan elektronlarni yo'qotish jarayonidir. O'z navbatida oksidlovchi vosita elektronlarni qabul qiladigan va shu bilan uning oksidlanish darajasini pasaytiradigan atom, molekula yoki ion bo'ladi. qayta tiklanmoqda . Boshqa modda bilan o'zaro ta'sir qilishning kimyoviy reaktsiyasidan so'ng, oksidlovchi vosita har doim ijobiy zaryad oladi.
2. Qayta tiklash kimyoviy elementning tashqi elektron qatlamiga elektron qo'shish jarayonidir. Qayta tiklovchi elektronlarini beradigan va shu bilan uning oksidlanish darajasini oshiradigan atom, molekula yoki ion bo'ladi, ya'ni oksidlanish . Boshqa modda bilan o'zaro kimyoviy reaktsiyadan so'ng, qaytaruvchi vosita har doim ijobiy zaryad oladi.
3. Oddiy qilib aytganda, oksidlovchi vosita elektronlarni "oluvchi" moddadir va qaytaruvchi - ularni oksidlovchi moddaga beradigan moddadir. Kimyoviy reaksiyalarda ayrim elementlarning tipik xatti-harakatlarini bilish orqali oksidlanish-qaytarilish reaksiyasida kim oksidlovchi rolini bajarishini, kim qaytaruvchi ekanligini va qaysi hollarda oksidlovchining qaytaruvchiga aylanishini va aksinchaligini aniqlash mumkin. .
4. Odatda qaytaruvchi moddalar metallar va vodorod: Fe, K, Ca, Cu, Mg, Na, Zn, H). Ular qanchalik kam ionlangan bo'lsa, ularning qaytaruvchi xususiyatlari shunchalik katta bo'ladi. Masalan, bitta elektrondan voz kechgan va zaryadi +1 bo'lgan qisman oksidlangan temir "sof" temirga nisbatan bir elektronni kamroq berishi mumkin bo'ladi. Bundan tashqari, qaytaruvchi moddalar barcha erkin orbitallar to'ldirilgan va faqat elektronlarni berishi mumkin bo'lgan eng past oksidlanish darajasidagi kimyoviy elementlarning birikmalari bo'lishi mumkin, masalan, ammiak NH 3, vodorod sulfidi H 2 S, vodorod bromidi HBr, vodorod yodidi HI. , vodorod xlorid HCl.
5. Odatda oksidlovchi moddalar ko'p metall bo'lmaganlardir (F, Cl, I, O, Br). Bundan tashqari, metallarga ega yuqori daraja oksidlanish (Fe +3, Sn +4, Mn +4), shuningdek yuqori oksidlanish darajasidagi elementlarning ayrim birikmalari: kaliy permanganat KMnO4, sulfat kislota H2SO4, nitrat kislota HNO3, mis oksidi CuO, temir xlorid FeCl3.
6. Kimyoviy birikmalar to'liqsiz yoki o'rta darajalar oksidlanish, masalan, bir asosli nitrat kislota HNO 2, vodorod peroksid H 2 O 2, oltingugurt kislotasi H 2 SO 3 o'zaro ta'sirda ishtirok etadigan ikkinchi reagentning oksidlanish-qaytarilish xususiyatlariga qarab ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi xususiyatlarni ko'rsatishi mumkin.

Natriy va kislorod orasidagi oddiy reaksiya misolida oksidlovchi va qaytaruvchi moddalarni aniqlaymiz.

Ushbu misoldan ko'rinib turibdiki, bitta natriy atomi o'z elektronini bitta kislorod atomiga beradi. Shuning uchun natriy qaytaruvchi, kislorod esa oksidlovchi hisoblanadi. Bunday holda, natriy to'liq oksidlanadi, chunki u maksimal mumkin bo'lgan elektronlar sonidan voz kechadi va kislorod atomi to'liq kamaymaydi, chunki u boshqa kislorod atomidan boshqa elektronni qabul qila oladi.

Tavsif

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi jarayonida qaytaruvchi elektronlarni beradi, ya'ni oksidlanadi; Oksidlovchi vosita elektronlarni oladi, ya'ni qayta tiklanmoqda. Bundan tashqari, har qanday redoks reaktsiyasi bir vaqtning o'zida va birini boshqasidan ajratmasdan sodir bo'ladigan ikkita qarama-qarshi o'zgarishlar - oksidlanish va qaytarilishning birligini ifodalaydi.

Oksidlanish

Oksidlanish - oksidlanish darajasining oshishi bilan elektronlarni yo'qotish jarayoni.

Modda oksidlanganda elektronlarning yo'qolishi natijasida uning oksidlanish darajasi ortadi. Oksidlanayotgan moddaning atomlari elektron donorlar, oksidlovchi moddaning atomlari esa elektron qabul qiluvchilar deyiladi.

Ba'zi hollarda oksidlanish jarayonida asosiy moddaning molekulasi beqaror bo'lib, yanada barqaror va kichikroq tarkibiy qismlarga bo'linishi mumkin (qarang. Erkin radikallar). Bunday holda, hosil bo'lgan molekulalarning ba'zi atomlari dastlabki molekuladagi bir xil atomlarga qaraganda yuqori oksidlanish darajasiga ega.

Oksidlovchi vosita elektronlarni qabul qilib, qaytaruvchi xususiyatga ega bo'lib, konjugat qaytaruvchi vositaga aylanadi:

oksidlovchi modda + e - ↔ konjugatsiyani kamaytiradigan vosita.

Qayta tiklash

Qaytarilish jarayonida atomlar yoki ionlar elektron oladi. Bunda elementning oksidlanish darajasi pasayadi. Misollar: vodorod, uglerod va boshqa moddalar yordamida metall oksidlarini erkin metallarga qaytarish; organik kislotalarning aldegidlar va spirtlarga qaytarilishi; yog'larning gidrogenatsiyasi va boshqalar.

Qaytaruvchi vosita, elektronlarni berib, oksidlovchi xususiyatlarga ega bo'lib, konjugat oksidlovchi agentga aylanadi:

kamaytiruvchi vosita - e - ↔ konjugat oksidlovchi.

Bog'lanmagan, erkin elektron eng kuchli qaytaruvchidir.

Redoks juftligi

Oksidlovchi va uning qaytarilgan shakli yoki qaytaruvchi va uning oksidlangan shakli konjugatdir. redoks juftligi, va ularning o'zaro aylanishi redoks yarim reaksiyalardir.

Har qanday redoks reaktsiyasida ikkita konjugatsiyalangan redoks juftligi ishtirok etadi, ular o'rtasida elektronlar uchun raqobat mavjud, buning natijasida ikkita yarim reaktsiya sodir bo'ladi: biri elektronlarning qo'shilishi bilan bog'liq, ya'ni. kamaytirish, ikkinchisi - elektronlarning chiqishi bilan, ya'ni. oksidlanish.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining turlari

Molekulalararo - oksidlovchi va qaytaruvchi atomlar molekulalarda joylashgan reaktsiyalar turli moddalar, Masalan:

H 2 S + Cl 2 → S + 2HCl

Intramolekulyar - oksidlovchi va qaytaruvchi atomlar bir xil moddaning molekulalarida joylashgan reaktsiyalar, masalan:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

Nomutanosiblik (avtooksidlanish-o'z-o'zini davolash) - bir xil element oksidlovchi va qaytaruvchi vosita sifatida harakat qiladigan reaktsiyalar, masalan:

Cl 2 + H 2 O → HClO + HCl

Reproporsiya (mutanosiblik) - bir xil elementning ikki xil oksidlanish darajasidan bitta oksidlanish darajasi olinadigan reaktsiyalar, masalan:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

Misollar

Vodorod va ftor o'rtasidagi oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi

Ikki yarim reaksiyaga bo'linadi:

1) Oksidlanish:

2) Qayta tiklash:

Oksidlanish, qaytarilish

Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida elektronlar bir atom, molekula yoki iondan boshqasiga o'tadi. Elektronlarni yo'qotish jarayoni oksidlanishdir. Oksidlanish jarayonida oksidlanish darajasi oshadi: