9.1. Ni nini athari za kemikali?
Hebu tukumbuke kwamba tunaita matukio yoyote ya kemikali katika athari za kemikali za asili. Wakati wa mmenyuko wa kemikali, baadhi huvunjika na wengine huunda. vifungo vya kemikali. Kama matokeo ya mmenyuko, vitu vingine hupatikana kutoka kwa dutu fulani za kemikali (tazama Sura ya 1).
Kutekeleza kazi ya nyumbani Kufikia § 2.5, ulifahamu uteuzi wa jadi wa aina nne kuu za athari kutoka kwa seti nzima ya mabadiliko ya kemikali, na kisha ukapendekeza majina yao: athari za mchanganyiko, mtengano, uingizwaji na kubadilishana.
Mifano ya athari za mchanganyiko:
C + O 2 = CO 2; (1)
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3. (3)
Mifano ya athari za mtengano:
2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
CaCO 3 CaO + CO 2; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
Mifano ya athari mbadala:
CuSO 4 + Fe = FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2. (9)
| Majibu ya kubadilishana- athari za kemikali ambazo vitu vya kuanzia vinaonekana kubadilishana yao vipengele. |
Mifano ya majibu ya kubadilishana:
Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2; (kumi na moja)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3. (12)
Uainishaji wa jadi athari za kemikali haitoi utofauti wao wote - pamoja na athari za aina nne kuu, pia kuna athari nyingi ngumu zaidi.
Utambulisho wa aina nyingine mbili za athari za kemikali ni msingi wa ushiriki ndani yao wa chembe mbili muhimu zisizo za kemikali: elektroni na protoni.
Wakati wa athari fulani, uhamisho kamili au sehemu ya elektroni kutoka atomi moja hadi nyingine hutokea. Katika kesi hiyo, majimbo ya oxidation ya atomi ya vipengele vinavyounda vitu vya kuanzia hubadilika; ya mifano iliyotolewa, haya ni miitikio 1, 4, 6, 7 na 8. Miitikio hii inaitwa redox.
Katika kundi lingine la athari, ioni ya hidrojeni (H +), yaani, protoni, hupita kutoka kwa chembe moja ya kukabiliana hadi nyingine. Majibu kama hayo huitwa majibu ya asidi-msingi au majibu ya uhamisho wa protoni.
Miongoni mwa mifano iliyotolewa, athari kama hizo ni athari 3, 10 na 11. Kwa kulinganisha na athari hizi, athari za redox wakati mwingine huitwa. majibu ya uhamisho wa elektroni. Utafahamu OVR katika § 2, na KOR katika sura zifuatazo.
MADHARA YA KUONGEZEKA, MADHARA YA KUOZA, MADHARA YA KUBADILISHA, MADHARA YA KUBADILISHANA, MADHARA YA REDOX, ATHARI ZA MSINGI WA ACID.
Andika milinganyo ya majibu inayolingana na mifumo ifuatayo:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) Al + I 2 AlI 3; e) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; e) Mg + H 3 PO 4 Mg 3 (PO 4) 2 + H 2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuSO 4 + Al Al 2 (SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( t); m) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( t); m) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Bainisha aina ya jadi majibu. Weka lebo redoksi na athari za msingi wa asidi. Katika athari za redox, onyesha ni atomi gani za vipengele vinavyobadilisha hali zao za oxidation.
9.2. Majibu ya Redox
Wacha tuchunguze majibu ya redox ambayo hufanyika katika tanuu za mlipuko wakati wa utengenezaji wa chuma wa viwandani (kwa usahihi zaidi, chuma cha kutupwa) kutoka kwa madini ya chuma:
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2.
Wacha tujue hali za oksidi za atomi zinazounda vitu vya kuanzia na bidhaa za athari
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Kama unaweza kuona, hali ya oxidation ya atomi za kaboni iliongezeka kama matokeo ya mmenyuko, hali ya oxidation ya atomi za chuma ilipungua, na hali ya oxidation ya atomi za oksijeni ilibakia bila kubadilika. Kwa hivyo, atomi za kaboni kwenye mmenyuko huu zilipata oxidation, ambayo ni, zilipoteza elektroni ( iliyooksidishwa), na atomi za chuma - kupunguza, ambayo ni, waliongeza elektroni ( kupona) (tazama § 7.16). Ili kuashiria OVR, dhana hutumiwa kioksidishaji Na wakala wa kupunguza.
Kwa hivyo, katika mmenyuko wetu atomi za oksidi ni atomi za chuma, na atomi za kupunguza ni atomi za kaboni.
Katika mmenyuko wetu, wakala wa oksidi ni chuma(III) oksidi, na wakala wa kupunguza ni kaboni (II) monoksidi.
Katika hali ambapo atomi za vioksidishaji na atomi za kupunguza ni sehemu ya dutu moja (mfano: mmenyuko 6 kutoka kwa aya iliyotangulia), dhana za "dutu ya vioksidishaji" na "dutu ya kupunguza" haitumiwi.
Kwa hivyo, mawakala wa kawaida wa vioksidishaji ni vitu vilivyo na atomi ambazo huwa na kupata elektroni (kwa ujumla au sehemu), kupunguza hali yao ya oxidation. Ya vitu rahisi, hizi ni hasa halojeni na oksijeni, na kwa kiasi kidogo sulfuri na nitrojeni. Kutoka kwa vitu tata - vitu ambavyo vina atomi katika hali ya juu ya oxidation ambayo haielekei kuunda ioni rahisi katika hali hizi za oxidation: HNO 3 (N +V), KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3 (Cl +V), KClO 4 (Cl +VII), nk.
Vinakisishaji vya kawaida ni vitu vilivyo na atomi ambazo huwa hutoa elektroni kabisa au kwa kiasi, na kuongeza hali yao ya oksidi. Ya vitu rahisi, haya ni hidrojeni, alkali na madini ya ardhi ya alkali, pamoja na alumini. Ya vitu tata - H 2 S na sulfidi (S -II), SO 2 na sulfites (S +IV), iodidi (I -I), CO (C +II), NH 3 (N -III), nk.
KATIKA kesi ya jumla Karibu vitu vyote ngumu na vingi rahisi vinaweza kuonyesha mali ya vioksidishaji na ya kupunguza. Kwa mfano:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 ni wakala wa kupunguza nguvu);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2 ni wakala dhaifu wa oksidi);
C + O 2 = CO 2 (t) (C ni wakala wa kupunguza);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (C ni wakala wa oksidi).
Hebu turudi kwenye mwitikio tuliozungumzia mwanzoni mwa sehemu hii.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Tafadhali kumbuka kuwa kama matokeo ya majibu, atomi za vioksidishaji (Fe + III) ziligeuka kuwa atomi za kupunguza (Fe 0), na atomi za kupunguza (C + II) ziligeuka kuwa atomi za vioksidishaji (C + IV). Lakini CO 2 ni wakala wa vioksidishaji dhaifu sana chini ya hali yoyote, na chuma, ingawa ni wakala wa kupunguza, chini ya hali hizi ni dhaifu zaidi kuliko CO. Kwa hiyo, bidhaa za mmenyuko hazifanyiki kwa kila mmoja, na majibu ya nyuma hayatokea. Mfano uliotolewa ni kielelezo cha kanuni ya jumla ambayo huamua mwelekeo wa mtiririko wa OVR:
Athari za redox huendelea katika mwelekeo wa malezi ya wakala dhaifu wa oksidi na wakala dhaifu wa kupunguza.
Sifa za redox za dutu zinaweza kulinganishwa tu chini ya hali zinazofanana. Katika baadhi ya matukio, kulinganisha hii inaweza kufanywa quantitatively.
Ulipokuwa unafanya kazi yako ya nyumbani kwa aya ya kwanza ya sura hii, ulishawishika kuwa ni vigumu sana kuchagua mgawo katika baadhi ya milinganyo ya majibu (hasa ORR). Ili kurahisisha kazi hii katika kesi ya athari za redox, njia mbili zifuatazo hutumiwa:
A) njia usawa wa kielektroniki
Na
b) njia ya usawa wa elektroni.
Utajifunza njia ya usawa wa elektroni sasa, na njia ya usawa wa elektroni-ioni kawaida hujifunza katika taasisi za elimu ya juu.
Njia zote hizi mbili zinatokana na ukweli kwamba elektroni katika athari za kemikali hazipotei wala hazionekani popote, yaani, idadi ya elektroni zinazokubaliwa na atomi ni sawa na idadi ya elektroni iliyotolewa na atomi nyingine.
Idadi ya elektroni zilizotolewa na kukubalika katika njia ya usawa wa elektroni imedhamiriwa na mabadiliko katika hali ya oxidation ya atomi. Wakati wa kutumia njia hii, ni muhimu kujua muundo wa vitu vyote vya kuanzia na bidhaa za majibu.
Wacha tuangalie utumiaji wa njia ya usawa wa elektroniki kwa kutumia mifano.
Mfano 1. Wacha tuunda equation kwa majibu ya chuma na klorini. Inajulikana kuwa bidhaa ya mmenyuko huu ni kloridi ya chuma (III). Wacha tuandike mpango wa majibu:
Fe + Cl 2 FeCl 3 .
Wacha tuamue hali za oksidi za atomi za vitu vyote vinavyounda vitu vinavyohusika katika athari:
Atomi za chuma huacha elektroni, na molekuli za klorini zinakubali. Wacha tueleze michakato hii milinganyo ya kielektroniki:
Fe - 3 e- = Fe +III,
Cl2+2 e -= 2Cl -I.
Ili idadi ya elektroni zilizopewa iwe sawa na idadi ya elektroni zilizopokelewa, equation ya kwanza ya elektroniki lazima iongezwe na mbili, na ya pili na tatu:
| Fe - 3 e- = Fe +III, Cl2+2 e- = 2Cl -I |
2 Fe - 6 e- = 2Fe + III, 3Cl 2 + 6 e- = 6Cl -I. |
Kwa kuanzisha mgawo wa 2 na 3 kwenye mpango wa majibu, tunapata mlingano wa majibu:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3.
Mfano 2. Wacha tuunde mlingano wa majibu ya mwako fosforasi nyeupe zaidi ya klorini. Inajulikana kuwa kloridi ya fosforasi (V) huundwa chini ya hali hizi:
| +V -I | ||||
| P 4 | + | Cl2 | PCl 5. |
Molekuli nyeupe za fosforasi huacha elektroni (oxidize), na molekuli za klorini huzikubali (hupunguza):
| P 4 - 20 e– = 4P +V Cl2+2 e- = 2Cl -I |
1 10 |
2 20 |
P 4 - 20 e– = 4P +V Cl2+2 e- = 2Cl -I |
P 4 - 20 e– = 4P +V 10Cl 2 + 20 e- = 20Cl -I |
Vizidishi vilivyopatikana hapo awali (2 na 20) vilikuwa mgawanyiko wa kawaida, ambayo (kama mgawo wa baadaye katika equation ya majibu) waligawanywa. Mlingano wa majibu:
P4 + 10Cl2 = 4PCl5.
Mfano 3. Hebu tuunde mlingano wa majibu ambayo hutokea wakati salfidi ya chuma(II) inapochomwa katika oksijeni.
Mpango wa majibu:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Katika kesi hii, atomi zote za chuma (II) na sulfuri (-II) zimeoksidishwa. Muundo wa sulfidi ya chuma(II) ina atomi za vipengele hivi katika uwiano wa 1:1 (tazama fahirisi katika formula rahisi zaidi).
Mizani ya kielektroniki:
| 4 | Fe+II - e– = Fe +III S–II–6 e– = S +IV |
Kwa jumla wanatoa 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e – = 2O –II |
Mlingano wa majibu: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
Mfano 4. Hebu tuunde mlingano wa majibu ambayo hutokea wakati chuma(II) disulfide (pyrite) inapochomwa katika oksijeni.
Mpango wa majibu:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
Kama katika mfano uliopita, atomi zote za chuma(II) na atomi za sulfuri pia zimeoksidishwa hapa, lakini kwa hali ya oxidation ya I. Atomi za vipengele hivi zimejumuishwa katika utungaji wa pyrite kwa uwiano wa 1: 2. fahirisi katika fomula rahisi). Ni katika suala hili kwamba atomi za chuma na sulfuri huguswa, ambayo huzingatiwa wakati wa kuandaa usawa wa elektroniki:
| Fe+III - e– = Fe +III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Kwa jumla wanatoa 11 e – | |
| O2+4 e– = 2O –II |
Mlingano wa majibu: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
Pia kuna kesi ngumu zaidi za ODD, ambazo baadhi yake utazifahamu unapofanya kazi yako ya nyumbani.
ATOMU YA KUONGEZA, ATOMU YA KUPUNGUZA, KITU KINACHOONGEZA, KITU CHA KUPUNGUZA, NJIA YA USAWA WA KIELEKTRONIKI, MLINGANIFU WA KIELEKTRONIKI.
1. Weka salio la kielektroniki kwa kila mlinganyo wa OVR uliotolewa katika maandishi ya § 1 ya sura hii.
2. Tunga milinganyo ya ORR ulizogundua ulipokuwa ukikamilisha kazi ya § 1 ya sura hii. Wakati huu, tumia njia ya kusawazisha kielektroniki kuweka vikwazo. 3.Kwa kutumia njia ya usawa wa elektroni, tengeneza milinganyo ya majibu inayolingana na mipango ifuatayo: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O 2 Na 2 O 2;
c) Na 2 O 2 + Na Na 2 O;
d) Al + Br 2 AlBr 3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( t);
e) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( t);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( t);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( t);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( t);
l) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( t);
m) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( t);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( t)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( t);
c) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( t);
t) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 ( t);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( t).
9.3. Athari za joto. Enthalpy
Kwa nini athari za kemikali hutokea?
Ili kujibu swali hili, acheni tukumbuke kwa nini atomi za kibinafsi huchanganyika kuwa molekuli, kwa nini fuwele ya ioni huundwa kutoka kwa ioni zilizotengwa, na kwa nini kanuni ya nishati kidogo hutumika wakati ganda la elektroni la atomi linapoundwa. Jibu la maswali haya yote ni sawa: kwa sababu ina manufaa kwa nguvu. Hii ina maana kwamba wakati wa taratibu hizo nishati hutolewa. Inaweza kuonekana kuwa athari za kemikali zinapaswa kutokea kwa sababu hiyo hiyo. Hakika, athari nyingi zinaweza kufanywa, wakati ambao nishati hutolewa. Nishati hutolewa, kwa kawaida kwa namna ya joto.
Ikiwa wakati wa mmenyuko wa exothermic joto halina muda wa kuondolewa, basi mfumo wa majibu huwaka.
Kwa mfano, katika mmenyuko wa mwako wa methane
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g)
joto nyingi hutolewa hivi kwamba methane hutumiwa kama mafuta.
Ukweli kwamba mmenyuko huu hutoa joto unaweza kuonyeshwa katika equation ya majibu:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) = CO 2 (g) + 2H 2 O (g) + Q.
Hii ndio inayoitwa equation ya thermochemical. Hapa kuna ishara "+ Q" ina maana kwamba methane inapochomwa, joto hutolewa. Joto hili linaitwa athari ya joto ya mmenyuko.
Joto lililotolewa linatoka wapi?
Unajua kwamba wakati wa athari za kemikali vifungo vya kemikali vinavunjwa na kuunda. KATIKA kwa kesi hii vifungo kati ya atomi za kaboni na hidrojeni katika molekuli CH 4 huvunjwa, na pia kati ya atomi za oksijeni katika molekuli za O 2. Katika kesi hii, vifungo vipya vinaundwa: kati ya atomi za kaboni na oksijeni katika molekuli za CO 2 na kati ya atomi za oksijeni na hidrojeni katika molekuli za H 2 O. Ili kuvunja vifungo, unahitaji kutumia nishati (angalia "nishati ya dhamana", "nishati ya atomization" ), na wakati wa kutengeneza vifungo, nishati hutolewa. Kwa wazi, ikiwa vifungo "vipya" vina nguvu zaidi kuliko "zamani", basi nishati zaidi itatolewa kuliko kufyonzwa. Tofauti kati ya nishati iliyotolewa na kufyonzwa ni athari ya joto ya mmenyuko.
Athari ya joto (kiasi cha joto) hupimwa kwa kilojuli, kwa mfano:
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ.
Dokezo hili linamaanisha kwamba kilojuli 484 za joto zitatolewa ikiwa moles mbili za hidrojeni zitaguswa na mole moja ya oksijeni kutoa moles mbili za maji ya gesi (mvuke wa maji).
Hivyo, katika milinganyo ya thermokemikali, mgawo ni sawa kiidadi na kiasi cha dutu ya viitikio na bidhaa za mwitikio..
Ni nini huamua athari ya joto ya kila mmenyuko maalum?
Athari ya joto ya mmenyuko inategemea
a) juu ya hali ya jumla ya vitu vya kuanzia na bidhaa za athari;
b) juu ya joto na
c) kama mabadiliko ya kemikali hutokea wakati kiasi cha mara kwa mara au kwa shinikizo la mara kwa mara.
Uraibu athari ya joto athari kutoka kwa hali ya mkusanyiko wa vitu ni kwa sababu ya ukweli kwamba michakato ya mpito kutoka hali moja ya mkusanyiko hadi nyingine (kama michakato mingine ya mwili) inaambatana na kutolewa au kunyonya joto. Hii pia inaweza kuonyeshwa kwa usawa wa thermochemical. Mfano - equation ya thermochemical kwa condensation ya mvuke wa maji:
H 2 O (g) = H 2 O (l) + Q.
Katika hesabu za thermochemical, na, ikiwa ni lazima, katika milinganyo ya kawaida ya kemikali, hali ya mkusanyiko wa vitu huonyeshwa kwa kutumia fahirisi za barua:
(d) - gesi,
(g) - kioevu,
(t) au (cr) - dutu ngumu au fuwele.
Utegemezi wa athari ya joto kwenye joto huhusishwa na tofauti katika uwezo wa joto
vifaa vya kuanzia na bidhaa za majibu.
Kwa kuwa kiasi cha mfumo huongezeka kila wakati kama matokeo ya mmenyuko wa joto kwa shinikizo la mara kwa mara, sehemu ya nishati hutumiwa kufanya kazi ili kuongeza kiasi, na joto lililotolewa litakuwa chini ya ikiwa majibu sawa yanatokea kwa kiasi cha mara kwa mara. .
Athari za joto za athari kawaida huhesabiwa kwa athari zinazotokea kwa kiwango cha kawaida cha 25 ° C na huonyeshwa na ishara. Q o.
Ikiwa nishati hutolewa tu kwa namna ya joto, na mmenyuko wa kemikali huendelea kwa kiasi cha mara kwa mara, basi athari ya joto ya athari ( Q V) ni sawa na mabadiliko nishati ya ndani
(D U) vitu vinavyoshiriki katika majibu, lakini kwa ishara tofauti:
Q V = - U.
Nishati ya ndani ya mwili inaeleweka kama nishati ya jumla ya mwingiliano kati ya molekuli, vifungo vya kemikali, nishati ya ionization ya elektroni zote, nishati ya dhamana ya nukleoni kwenye viini, na aina zingine zote zinazojulikana na zisizojulikana za nishati "zinazohifadhiwa" na mwili huu. Ishara "-" ni kutokana na ukweli kwamba wakati joto linatolewa, nishati ya ndani hupungua. Hiyo ni
U= – Q V .
Ikiwa majibu hutokea kwa shinikizo la mara kwa mara, basi kiasi cha mfumo kinaweza kubadilika. Kufanya kazi ili kuongeza kiasi pia inachukua sehemu ya nishati ya ndani. Kwa kesi hii
U = -(QP+A) = –(QP+PV),
Wapi Qp- athari ya joto ya mmenyuko unaotokea kwa shinikizo la mara kwa mara. Kutoka hapa
Q P = - U–PV .
Thamani sawa na U+PV nilipata jina mabadiliko ya enthalpy na kuonyeshwa na D H.
H=U+PV.
Kwa hivyo
Q P = - H.
Kwa hivyo, joto linapotolewa, enthalpy ya mfumo hupungua. Kwa hivyo jina la zamani la wingi huu: "maudhui ya joto".
Tofauti na athari ya joto, mabadiliko ya enthalpy yana sifa ya mmenyuko bila kujali hutokea kwa kiasi cha mara kwa mara au shinikizo la mara kwa mara. Milinganyo ya thermochemical iliyoandikwa kwa kutumia mabadiliko ya enthalpy inaitwa equations thermochemical katika fomu ya thermodynamic. Katika kesi hii, thamani ya mabadiliko ya enthalpy chini ya hali ya kawaida (25 ° C, 101.3 kPa) imetolewa, imeonyeshwa. H o. Kwa mfano:
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) H o= - 484 kJ;
CaO (cr) + H 2 O (l) = Ca(OH) 2 (cr) H o= - 65 kJ.
Utegemezi wa kiasi cha joto iliyotolewa katika majibu ( Q) kutokana na athari ya joto ya mmenyuko ( Q o) na kiasi cha dutu ( n B) mmoja wa washiriki katika majibu (dutu B - dutu ya kuanzia au bidhaa ya majibu) inaonyeshwa na equation:
Hapa B ni kiasi cha dutu B, kilichobainishwa na mgawo mbele ya fomula ya dutu B katika mlingano wa thermokemikali.
Kazi
Tambua kiasi cha dutu ya hidrojeni iliyochomwa katika oksijeni ikiwa 1694 kJ ya joto ilitolewa.
Suluhisho
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. Athari ya joto ya mmenyuko kati ya alumini ya fuwele na klorini ya gesi ni 1408 kJ. Andika mlinganyo wa thermokemikali kwa mmenyuko huu na utambue wingi wa alumini unaohitajika kuzalisha 2816 kJ ya joto kwa kutumia majibu haya. 9.4. Athari za endothermic. Entropy Mbali na athari za exothermic, majibu yanawezekana ambayo joto huingizwa, na ikiwa haijatolewa, mfumo wa majibu hupozwa. Majibu kama hayo huitwa endothermic. Athari ya joto ya athari hizo ni mbaya. Kwa mfano: Kwa hivyo, nishati iliyotolewa wakati wa kuundwa kwa vifungo katika bidhaa za majibu haya na sawa ni chini ya nishati inayohitajika kuvunja vifungo katika vitu vya kuanzia.
Wacha tuchukue chupa mbili na kujaza moja yao na nitrojeni ( gesi isiyo na rangi), na nyingine na dioksidi ya nitrojeni (gesi ya kahawia) ili shinikizo na joto katika flasks ni sawa. Inajulikana kuwa vitu hivi haviathiri kemikali kwa kila mmoja. Hebu tuunganishe vizuri flasks na shingo zao na kuziweka kwa wima, ili chupa yenye dioksidi ya nitrojeni nzito iko chini (Mchoro 9.1). Baada ya muda, tutaona kwamba dioksidi ya nitrojeni ya kahawia huenea hatua kwa hatua kwenye chupa ya juu, na nitrojeni isiyo na rangi hupenya ndani ya chini. Matokeo yake, gesi huchanganya, na rangi ya yaliyomo ya flasks inakuwa sawa. Hivyo,
Equations za uhusiano kati ya entropy ( S) na kiasi kingine husomwa katika kozi za fizikia na kemia ya kimwili. Kitengo cha Entropy [ S] = 1 J/K. G= H–T S Masharti ya majibu ya hiari: G< 0. Katika joto la chini Sababu ambayo huamua uwezekano wa mmenyuko kutokea ni kwa kiasi kikubwa kipengele cha nishati, na wakati wa juu, kipengele cha entropy. Kutoka kwa equation hapo juu, haswa, ni wazi kwa nini joto la chumba athari za mtengano (ongezeko la entropy) huanza kutokea kwa joto la juu. ENDOTHERMIC REACTION, ENTROPY, ENERGY FACTOR, ENTROPY FACTOR, GIBBS ENERGY. 2CuO (cr) + C (graphite) = 2Cu (cr) + CO 2 (g) ni -46 kJ. Andika equation ya thermokemikali na uhesabu ni kiasi gani cha nishati kinahitajika ili kuzalisha kilo 1 ya shaba kutokana na majibu haya. CaCO 3 (cr) = CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 kJ 24.6 lita za dioksidi kaboni ziliundwa. Amua ni kiasi gani cha joto kilipotezwa bila maana. Ni gramu ngapi za oksidi ya kalsiamu ziliundwa? |
UFAFANUZI
Mmenyuko wa kemikali huitwa mabadiliko ya dutu ambayo mabadiliko katika muundo wao na (au) muundo hutokea.
Mara nyingi, athari za kemikali hueleweka kama mchakato wa kubadilisha vitu vya kuanzia (vitendanishi) kuwa vitu vya mwisho (bidhaa).
Athari za kemikali huandikwa kwa kutumia milinganyo ya kemikali iliyo na fomula za vitu vya kuanzia na bidhaa za mmenyuko. Kwa mujibu wa sheria uhifadhi wa wingi, idadi ya atomi za kila kipengele kwenye pande za kushoto na kulia mlinganyo wa kemikali sawa. Kwa kawaida, fomula za vitu vya kuanzia zimeandikwa upande wa kushoto wa equation, na kanuni za bidhaa upande wa kulia. Usawa wa idadi ya atomi za kila kipengele kwenye pande za kushoto na kulia za equation hupatikana kwa kuweka coefficients kamili ya stoichiometric mbele ya fomula za dutu.
Milinganyo ya kemikali inaweza kuwa na Taarifa za ziada kuhusu sifa za mmenyuko: joto, shinikizo, mionzi, nk, ambayo inaonyeshwa na ishara inayofanana hapo juu (au "chini") ishara sawa.
Athari zote za kemikali zinaweza kuunganishwa katika madarasa kadhaa, ambayo yana sifa fulani.
Uainishaji wa athari za kemikali kulingana na idadi na muundo wa vitu vya kuanzia na kusababisha
Kulingana na uainishaji huu, athari za kemikali zimegawanywa katika athari za unganisho, mtengano, uingizwaji na ubadilishanaji.
Matokeo yake majibu ya kiwanja kutoka kwa vitu viwili au zaidi (ngumu au rahisi) dutu moja mpya huundwa. KATIKA mtazamo wa jumla equation ya mmenyuko wa kemikali kama hiyo itaonekana kama kwa njia ifuatayo:
Kwa mfano:
CaCO 3 + CO 2 + H 2 O = Ca(HCO 3) 2
SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4
2Mg + O 2 = 2MgO.
2FeCl 2 + Cl 2 = 2FeCl 3
Majibu ya kiwanja ni katika hali nyingi exothermic, i.e. kuendelea na kutolewa kwa joto. Ikiwa vitu rahisi vinahusika katika mmenyuko, basi athari kama hizo mara nyingi ni athari za redox (ORR), i.e. hutokea na mabadiliko katika hali ya oxidation ya vipengele. Ni wazi kusema ikiwa kutakuwa na majibu ya uhusiano kati ya vitu tata haiwezi kutibiwa kama OVR.
Miitikio inayosababisha kuundwa kwa dutu nyingine kadhaa mpya (tata au rahisi) kutoka kwa dutu moja changamano huainishwa kama. athari za mtengano. Kwa ujumla, equation ya mmenyuko wa kemikali ya mtengano itaonekana kama hii:
Kwa mfano:
CaCO 3 CaO + CO 2 (1)
2H 2 O = 2H 2 + O 2 (2)
CuSO 4 × 5H 2 O = CuSO 4 + 5H 2 O (3)
Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O (4)
H 2 SiO 3 = SiO 2 + H 2 O (5)
2SO 3 =2SO 2 + O 2 (6)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = Cr 2 O 3 + N 2 +4H 2 O (7)
Athari nyingi za mtengano hutokea wakati wa joto (1,4,5). Mtengano unaowezekana kwa sababu ya mfiduo mkondo wa umeme(2). Mtengano wa hidrati za fuwele, asidi, besi na chumvi asidi zenye oksijeni(1, 3, 4, 5, 7) hutokea bila kubadilisha hali ya oxidation ya vipengele, i.e. majibu haya hayahusiani na ODD. Athari za mtengano wa ORR ni pamoja na mtengano wa oksidi, asidi na chumvi, iliyoundwa na vipengele katika hali ya juu ya oksidi (6).
Athari za mtengano pia hutokea katika kemia ya kikaboni, lakini chini ya majina mengine - ngozi (8), dehydrogenation (9):
C 18 H 38 = C 9 H 18 + C 9 H 20 (8)
C 4 H 10 = C 4 H 6 + 2H 2 (9)
Katika athari za uingizwaji dutu rahisi huingiliana na dutu ngumu, kutengeneza dutu mpya rahisi na mpya ngumu. Kwa ujumla, equation ya mmenyuko wa uingizwaji wa kemikali itaonekana kama hii:
Kwa mfano:
2Al + Fe 2 O 3 = 2Fe + Al 2 O 3 (1)
Zn + 2HCl = ZnСl 2 + H 2 (2)
2KBr + Cl 2 = 2KCl + Br 2 (3)
2КlO 3 + l 2 = 2KlO 3 + Сl 2 (4)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (5)
Ca 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 = 3СаSiO 3 + P 2 O 5 (6)
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl (7)
Athari nyingi za uingizwaji ni redox (1 - 4, 7). Mifano ya athari za mtengano ambayo hakuna mabadiliko katika hali ya oxidation hutokea ni chache (5, 6).
Majibu ya kubadilishana ni miitikio inayotokea kati ya vitu changamano ambamo hubadilishana sehemu zao kuu. Kwa kawaida neno hili hutumika kwa miitikio inayohusisha ioni katika mmumunyo wa maji. Kwa ujumla, equation ya mmenyuko wa kubadilishana kemikali itaonekana kama hii:
AB + CD = AD + CB
Kwa mfano:
CuO + 2HCl = CuCl 2 + H 2 O (1)
NaOH + HCl = NaCl + H 2 O (2)
NaHCO 3 + HCl = NaCl + H 2 O + CO 2 (3)
AgNO 3 + KBr = AgBr ↓ + KNO 3 (4)
CrCl 3 + ZNaON = Cr(OH) 3 ↓+ ZNaCl (5)
Majibu ya kubadilishana si redox. Kesi maalum miitikio hii ya kubadilishana ni miitikio ya neutralization (maitikio kati ya asidi na alkali) (2). Miitikio ya ubadilishanaji huendelea katika mwelekeo ambapo angalau moja ya dutu huondolewa kutoka kwa nyanja ya majibu katika fomu dutu ya gesi(3), mchanga (4, 5) au kiwanja kisichoweza kutenganisha, mara nyingi maji (1, 2).
Uainishaji wa athari za kemikali kulingana na mabadiliko katika hali ya oxidation
Kulingana na mabadiliko katika hali ya oxidation ya vitu vinavyounda vitendanishi na bidhaa za mmenyuko, athari zote za kemikali zimegawanywa katika athari za redox (1, 2) na zile zinazotokea bila kubadilisha hali ya oksidi (3, 4).
2Mg + CO 2 = 2MgO + C (1)
Mg 0 – 2e = Mg 2+ (wakala wa kupunguza)
C 4+ + 4e = C 0 (wakala wa vioksidishaji)
FeS 2 + 8HNO 3 (conc) = Fe(NO 3) 3 + 5NO + 2H 2 SO 4 + 2H 2 O (2)
Fe 2+ -e = Fe 3+ (wakala wa kupunguza)
N 5+ +3e = N 2+ (wakala wa vioksidishaji)
AgNO 3 +HCl = AgCl ↓ + HNO 3 (3)
Ca(OH) 2 + H 2 SO 4 = CaSO 4 ↓ + H 2 O (4)
Uainishaji wa athari za kemikali kwa athari ya joto
Kulingana na ikiwa joto (nishati) hutolewa au kufyonzwa wakati wa mmenyuko, athari zote za kemikali kwa kawaida hugawanywa katika exothermic (1, 2) na endothermic (3), mtawalia. Kiasi cha joto (nishati) iliyotolewa au kufyonzwa wakati wa majibu inaitwa athari ya joto ya mmenyuko. Ikiwa equation inaonyesha kiasi cha joto iliyotolewa au kufyonzwa, basi equations vile huitwa thermochemical.
N 2 + 3H 2 = 2NH 3 +46.2 kJ (1)
2Mg + O 2 = 2MgO + 602.5 kJ (2)
N 2 + O 2 = 2NO – 90.4 kJ (3)
Uainishaji wa athari za kemikali kulingana na mwelekeo wa mmenyuko
Kulingana na mwelekeo wa athari, athari zinazoweza kubadilika zinajulikana ( michakato ya kemikali, bidhaa ambazo zina uwezo wa kukabiliana na kila mmoja chini ya hali sawa ambazo zilipatikana, kuunda vitu vya kuanzia) na zisizoweza kurekebishwa (michakato ya kemikali ambayo bidhaa haziwezi kukabiliana na kila mmoja ili kuunda vitu vya kuanzia).
Kwa athari zinazoweza kugeuzwa Equation katika fomu ya jumla kawaida huandikwa kama ifuatavyo:
A + B ↔ AB
Kwa mfano:
CH 3 COOH + C 2 H 5 OH ↔ H 3 COOC 2 H 5 + H 2 O
Mifano majibu yasiyoweza kutenduliwa Athari zifuatazo zinaweza kutumika:
2КlО 3 → 2Кl + ЗО 2
C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O
Ushahidi wa kutoweza kutenduliwa kwa mmenyuko unaweza kuwa kutolewa kwa dutu ya gesi, mvua, au kiwanja kisichoweza kutenganisha, mara nyingi maji, kama bidhaa za majibu.
Uainishaji wa athari za kemikali kulingana na uwepo wa kichocheo
Kwa mtazamo huu, athari za kichocheo na zisizo za kichocheo zinajulikana.
Kichocheo ni dutu inayoharakisha maendeleo ya mmenyuko wa kemikali. Majibu yanayotokea kwa ushiriki wa vichocheo huitwa kichocheo. Baadhi ya athari haziwezi kutokea hata kidogo bila kuwepo kwa kichocheo:
2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 (kichocheo cha MnO 2)
Mara nyingi moja ya bidhaa za athari hutumika kama kichocheo ambacho huharakisha athari hii (athari za kiotomatiki):
MeO+ 2HF = MeF 2 + H 2 O, ambapo Mimi ni chuma.
Mifano ya kutatua matatizo
MFANO 1
7.1. Aina za msingi za athari za kemikali
Mabadiliko ya vitu vinavyoambatana na mabadiliko katika muundo na mali zao huitwa athari za kemikali au mwingiliano wa kemikali. Wakati wa athari za kemikali, hakuna mabadiliko katika muundo wa nuclei ya atomiki.
Phenomena ambayo umbo au hali ya kimwili vitu au muundo wa mabadiliko ya viini vya atomiki huitwa kimwili. Mfano matukio ya kimwili ni matibabu ya joto ya metali, ambayo inahusisha kubadilisha sura zao (kughushi), kuyeyusha chuma, iodini ya kusalia, kugeuza maji kuwa barafu au mvuke, nk, na vile vile. athari za nyuklia, kama matokeo ya ambayo atomi za vitu vingine huundwa kutoka kwa atomi za vitu vingine.
Matukio ya kemikali inaweza kuambatana mabadiliko ya kimwili. Kwa mfano, kama matokeo ya athari za kemikali zinazotokea kwenye seli ya galvanic, mkondo wa umeme unatokea.
Athari za kemikali huwekwa kulingana na vigezo mbalimbali.
1. Kwa mujibu wa ishara ya athari ya joto, majibu yote yanagawanywa endothermic(kuendelea na ngozi ya joto) na exothermic(inapita na kutolewa kwa joto) (tazama § 6.1).
2. Kwa hali ya mkusanyiko vifaa vya kuanzia na bidhaa za athari zinajulikana:
majibu ya homogeneous, ambapo vitu vyote viko katika awamu sawa:
2 KOH (p-p) + H 2 SO 4 (p-p) = K 2 SO (p-p) + 2 H 2 O (l),
CO (g) + Cl 2 (g) = COCl 2 (g),
SiO 2(k) + 2 Mg (k) = Si (k) + 2 MgO (k).
athari tofauti , vitu ambavyo viko katika awamu tofauti:
CaO (k) + CO 2 (g) = CaCO 3 (k),
CuSO 4 (suluhisho) + 2 NaOH (suluhisho) = Cu(OH) 2 (k) + Na 2 SO 4 (suluhisho),
Na 2 SO 3 (suluhisho) + 2HCl (suluhisho) = 2 NaCl (suluhisho) + SO 2 (g) + H 2 O (l).
3. Kulingana na uwezo wa mtiririko tu katika mwelekeo wa mbele, na pia kwa moja kwa moja na mwelekeo wa nyuma kutofautisha isiyoweza kutenduliwa Na inayoweza kugeuzwa athari za kemikali (tazama § 6.5).
4. Kulingana na kuwepo au kutokuwepo kwa vichocheo, wanafautisha kichocheo Na yasiyo ya kichocheo majibu (tazama § 6.5).
5. Kwa mujibu wa utaratibu wa matukio yao, athari za kemikali zinagawanywa ionic, mkali n.k. (utaratibu wa athari za kemikali zinazotokea kwa ushiriki misombo ya kikaboni, iliyojadiliwa katika mwendo wa kemia ya kikaboni).
6. Kulingana na hali ya hali ya oxidation ya atomi iliyojumuishwa katika muundo wa dutu inayohusika, athari zinazotokea. bila kubadilisha hali ya oxidation atomi, na mabadiliko katika hali ya oxidation ya atomi ( majibu ya redox) (tazama § 7.2) .
7. Majibu yanajulikana na mabadiliko katika utungaji wa vitu vya kuanzia na bidhaa za majibu uhusiano, mtengano, uingizwaji na kubadilishana. Athari hizi zinaweza kutokea na bila mabadiliko katika hali ya oxidation ya vipengele, meza . 7.1.
Jedwali 7.1
Aina za athari za kemikali
Mifano ya athari zinazotokea bila kubadilisha hali ya oxidation ya vipengele |
Mifano ya athari za redox |
||
Viunganishi (dutu moja mpya huundwa kutoka kwa vitu viwili au zaidi) |
HCl + NH 3 = NH 4 Cl; SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4 |
H 2 + Cl 2 = 2HCl; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 |
|
Mitengano (vitu vipya kadhaa huundwa kutoka kwa dutu moja) |
A = B + C + D |
MgCO 3 MgO + CO 2; H 2 SiO 3 SiO 2 + H 2 O |
2AgNO 3 2Ag + 2NO 2 + O 2 |
Badala (vitu vinapoingiliana, atomi za dutu moja hubadilisha atomi za dutu nyingine kwenye molekuli) |
A + BC = AB + C |
CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 |
Pb(NO 3) 2 + Zn = Mg + 2HCl = MgCl 2 + H 2 |
|
(vitu viwili hubadilishana sehemu zao kuu, na kutengeneza vitu viwili vipya) |
AB + CD = AD + CB |
AlCl 3 + 3NaOH = Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O |
7.2. Majibu ya Redox
Kama ilivyoelezwa hapo juu, athari zote za kemikali zimegawanywa katika vikundi viwili:
Athari za kemikali zinazotokea na mabadiliko katika hali ya oxidation ya atomi zinazounda viitikio huitwa athari za redox.
Uoksidishaji ni mchakato wa kutoa elektroni kwa atomi, molekuli au ioni:
Na o – 1e = Na +;
Fe 2+ – e = Fe 3+;
H 2 o - 2e = 2H +;
2 Br – – 2e = Br 2 o.
Ahueni ni mchakato wa kuongeza elektroni kwa atomi, molekuli au ioni:
S o + 2e = S 2–;
Cr 3+ + e = Cr 2+;
Cl 2 o + 2e = 2Cl -;
Mn 7+ + 5e = Mn 2+ .
Atomi, molekuli au ioni zinazokubali elektroni huitwa mawakala wa vioksidishaji. Warejeshaji ni atomi, molekuli au ioni zinazotoa elektroni.
Kwa kukubali elektroni, wakala wa oksidi hupunguzwa wakati wa majibu, na wakala wa kupunguza ni oxidized. Oxidation daima hufuatana na kupunguza na kinyume chake. Hivyo, idadi ya elektroni iliyotolewa na wakala wa kupunguza daima ni sawa na idadi ya elektroni zinazokubaliwa na wakala wa vioksidishaji..
7.2.1. Hali ya oxidation
Hali ya oxidation ni malipo ya masharti (rasmi) ya atomi katika kiwanja, iliyohesabiwa chini ya dhana kwamba inajumuisha tu ioni. Hali ya oksidi kawaida huonyeshwa kwa nambari ya Kiarabu juu ya ishara ya kipengele na ishara "+" au "-". Kwa mfano, Al 3+, S 2–.
Ili kupata majimbo ya oxidation, wanaongozwa na sheria zifuatazo:
hali ya oxidation ya atomi katika vitu rahisi ni sifuri;
jumla ya algebraic ya majimbo ya oxidation ya atomi katika molekuli ni sawa na sifuri, katika ion tata - malipo ya ion;
hali ya oxidation ya atomi madini ya alkali daima ni sawa na +1;
atomi ya hidrojeni katika misombo na zisizo za metali (CH 4, NH 3, nk.) huonyesha hali ya oxidation ya +1, na kwa metali hai hali yake ya oxidation ni -1 (NaH, CaH 2, nk.);
Atomu ya florini katika misombo daima huonyesha hali ya oxidation ya -1;
Hali ya oxidation ya atomi ya oksijeni katika misombo kawaida ni -2, isipokuwa peroksidi (H 2 O 2, Na 2 O 2), ambapo hali ya oxidation ya oksijeni ni -1, na vitu vingine (superoxides, ozonidi, oksijeni. floridi).
Hali ya juu ya oksidi chanya ya vipengele katika kikundi kawaida ni sawa na nambari ya kikundi. Isipokuwa ni florini na oksijeni, kwani hali yao ya juu ya oxidation ni ya chini kuliko idadi ya kundi ambalo hupatikana. Vipengele vya kikundi kidogo cha shaba huunda misombo ambayo hali yao ya oxidation inazidi nambari ya kikundi (CuO, AgF 5, AuCl 3).
Upeo wa juu shahada hasi oxidation ya vipengele vinavyopatikana katika vikundi vidogo vidogo meza ya mara kwa mara inaweza kuamuliwa kwa kutoa nambari ya kikundi kutoka nane. Kwa kaboni ni 8 - 4 = 4, kwa fosforasi - 8 - 5 = 3.
Katika vikundi vidogo, wakati wa kusonga kutoka juu hadi chini, utulivu wa hali ya juu zaidi ya oxidation hupungua; katika vikundi vidogo vya sekondari, kinyume chake, kutoka juu hadi chini utulivu wa hali ya juu ya oxidation huongezeka.
Kawaida ya dhana ya hali ya oxidation inaweza kuonyeshwa kwa kutumia mfano wa misombo ya isokaboni na ya kikaboni. Hasa, katika fosphinic (fosforasi) H 3 PO 2, fosforasi (fosforasi) H 3 PO 3 na asidi ya fosforasi H 3 PO 4, hali ya oxidation ya fosforasi ni kwa mtiririko huo +1, +3 na +5, wakati katika misombo hii yote. fosforasi ni pentavalent. Kwa kaboni katika methane CH 4, methanoli CH 3 OH, formaldehyde CH 2 O, asidi ya fomu HCOOH na monoksidi kaboni (IV) CO 2 hali ya oxidation ya kaboni ni -4, -2, 0, +2 na +4, kwa mtiririko huo, wakati valency ya atomi ya kaboni katika misombo hii yote ni nne.
Licha ya ukweli kwamba hali ya oxidation ni dhana ya kawaida, hutumiwa sana katika kutunga athari za redox.
7.2.2. Wakala muhimu zaidi wa vioksidishaji na kupunguza
Wakala wa kawaida wa vioksidishaji ni:
1. Dutu rahisi, ambayo atomi zake zina uwezo wa juu wa umeme. Hizi ni, kwanza kabisa, vipengele vya vikundi vidogo VI na Vikundi vya VII meza ya mara kwa mara: oksijeni, halojeni. Kati ya vitu rahisi, wakala wa oksidi wenye nguvu zaidi ni fluorini.
2. Michanganyiko iliyo na baadhi ya kani za chuma katika hali ya juu ya oksidi: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+, nk.
3. Michanganyiko iliyo na anions ngumu, vipengele ambavyo viko katika hali ya juu ya oxidation chanya: 2-, -, nk.
Wakala wa kupunguza ni pamoja na:
1. Dutu rahisi ambazo atomi zake zina elektronegativity kidogo ni metali amilifu. Tabia za kurejesha Vitu visivyo vya metali, kama vile hidrojeni na kaboni, vinaweza pia kuonyeshwa.
2. Baadhi ya misombo ya chuma iliyo na cations (Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), ambayo, kwa kutoa elektroni, inaweza kuongeza hali yao ya oxidation.
3. Baadhi ya misombo iliyo na ayoni rahisi kama vile I – , S 2– .
4. Misombo iliyo na ioni changamano (S 4+ O 3) 2–, (НР 3+ O 3) 2–, ambayo vipengele vinaweza, kwa kutoa elektroni, kuongeza zao. shahada chanya oxidation.
KATIKA mazoezi ya maabara Wakala wa vioksidishaji vinavyotumika sana ni:
permanganate ya potasiamu (KMnO 4);
dichromate ya potasiamu (K 2 Cr 2 O 7);
asidi ya nitriki (HNO 3);
kujilimbikizia asidi ya sulfuriki(H 2 SO 4);
peroxide ya hidrojeni (H 2 O 2);
oksidi za manganese (IV) na risasi (IV) (MnO 2, PbO 2);
nitrati ya potasiamu iliyoyeyuka (KNO 3) na kuyeyuka kwa nitrati zingine.
Wakala wa kupunguza kutumika katika mazoezi ya maabara ni pamoja na:
- magnesiamu (Mg), alumini (Al) na metali nyingine zinazofanya kazi;
- hidrojeni (H 2) na kaboni (C);
- iodidi ya potasiamu (KI);
- sulfidi ya sodiamu (Na 2 S) na sulfidi hidrojeni (H 2 S);
- sulfite ya sodiamu (Na 2 SO 3);
- kloridi ya bati (SnCl 2).
7.2.3. Uainishaji wa athari za redox
Athari za redoksi kawaida hugawanywa katika aina tatu: athari za intermolecular, intramolecular, na disproportionation (self-oxidation-self-reduction).
Athari za kiingilizi kutokea kwa mabadiliko katika hali ya oxidation ya atomi ambayo hupatikana katika molekuli tofauti. Kwa mfano:
2 Al + Fe 2 O 3 Al 2 O 3 + 2 Fe,
C + 4 HNO 3(conc) = CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O.
KWA athari za intramolecular Hizi ni athari ambazo wakala wa vioksidishaji na wakala wa kupunguza ni sehemu ya molekuli sawa, kwa mfano:
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O,
2 KNO 3 2 KNO 2 + O 2 .
KATIKA athari zisizo na uwiano(self-oxidation-self-reduction) atomi (ion) ya kipengele sawa ni wakala wa vioksidishaji na wakala wa kupunguza:
Cl 2 + 2 KOH KCl + KClO + H 2 O,
2 NO 2 + 2 NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O.
7.2.4. Sheria za msingi za kuunda athari za redox
Muundo wa athari za redox hufanywa kulingana na hatua zilizowasilishwa kwenye jedwali. 7.2.
Jedwali 7.2
Hatua za kuandaa milinganyo kwa athari za redox
Kitendo |
|
Tambua wakala wa oksidi na wakala wa kupunguza. |
|
Tambua bidhaa za mmenyuko wa redox. |
|
Unda salio la elektroni na uitumie kugawa mgawo wa vitu vinavyobadilisha hali zao za oksidi. |
|
Panga mgawo wa vitu vingine vinavyohusika na huundwa katika mmenyuko wa redox. |
|
Angalia usahihi wa coefficients kwa kuhesabu kiasi cha dutu ya atomi (kawaida hidrojeni na oksijeni) iko kwenye pande za kushoto na kulia za equation ya majibu. |
Wacha tuzingatie sheria za kuunda athari za redox kwa kutumia mfano wa mwingiliano wa sulfite ya potasiamu na permanganate ya potasiamu katika mazingira ya tindikali:
1. Uamuzi wa wakala wa oxidizing na wakala wa kupunguza
Yapatikana shahada ya juu oxidation, manganese haiwezi kutoa elektroni. Mn 7+ atakubali elektroni, i.e. ni wakala wa oksidi.
Ion ya S 4+ inaweza kutoa elektroni mbili na kwenda kwenye S 6+, i.e. ni wakala wa kupunguza. Kwa hivyo, katika mmenyuko unaozingatiwa, K 2 SO 3 ni wakala wa kupunguza, na KMnO 4 ni wakala wa oksidi.
2. Uanzishwaji wa bidhaa za majibu
K2SO3 + KMnO4 + H2SO4?
Kwa kutoa elektroni mbili kwa elektroni, S 4+ inakuwa S 6+. Sulfite ya potasiamu (K 2 SO 3) hivyo hugeuka kuwa sulfate (K 2 SO 4). Katika mazingira ya tindikali, Mn 7+ inakubali elektroni 5 na katika suluhisho la asidi ya sulfuriki (kati) huunda sulfate ya manganese (MnSO 4). Kama matokeo ya mmenyuko huu, molekuli za ziada za sulfate ya potasiamu pia huundwa (kutokana na ioni za potasiamu zilizojumuishwa kwenye permanganate), pamoja na molekuli za maji. Kwa hivyo, majibu yanayozingatiwa yataandikwa kama:
K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O.
3. Kukusanya usawa wa elektroni
Ili kuunda usawa wa elektroni, inahitajika kuonyesha majimbo ya oxidation ambayo yanabadilika katika athari inayozingatiwa:
K 2 S 4+ O 3 + KMn 7+ O 4 + H 2 SO 4 = K 2 S 6+ O 4 + Mn 2+ SO 4 + H 2 O.
Mn 7+ + 5 e = Mn 2+;
S 4+ – 2 e = S 6+.
Idadi ya elektroni iliyotolewa na wakala wa kupunguza lazima iwe sawa na idadi ya elektroni zinazokubaliwa na wakala wa vioksidishaji. Kwa hivyo, Mn 7+ mbili na S 4+ tano lazima zishiriki katika majibu:
Mn 7+ + 5 e = Mn 2+ 2,
S 4+ – 2 e = S 6+ 5.
Kwa hivyo, idadi ya elektroni iliyotolewa na wakala wa kupunguza (10) itakuwa sawa na idadi ya elektroni zinazokubaliwa na wakala wa oksidi (10).
4. Mpangilio wa coefficients katika equation ya majibu
Kwa mujibu wa usawa wa elektroni, ni muhimu kuweka mgawo wa 5 mbele ya K 2 SO 3, na 2 mbele ya KMnO 4. Kwa upande wa kulia, mbele ya sulfate ya potasiamu tunaweka mgawo wa 6; kwani molekuli moja huongezwa kwa molekuli tano za K 2 SO 4 zinazoundwa wakati wa uoksidishaji wa sulfite ya potasiamu K 2 SO 4 kama matokeo ya kufungwa kwa ioni za potasiamu zilizojumuishwa kwenye pamanganeti. Kwa kuwa mmenyuko unahusisha mbili molekuli za permanganate, upande wa kulia pia huundwa mbili molekuli za sulfate ya manganese. Ili kumfunga bidhaa za mmenyuko (ioni za potasiamu na manganese zilizojumuishwa kwenye permanganate), ni muhimu tatu molekuli za asidi ya sulfuriki, kwa hiyo, kama matokeo ya majibu, tatu molekuli za maji. Hatimaye tunapata:
5 K 2 SO 3 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 6 K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O.
5. Kuangalia usahihi wa coefficients katika equation ya majibu
Idadi ya atomi za oksijeni upande wa kushoto wa equation ya majibu ni:
5 3 + 2 4 + 3 4 = 35.
Kwa upande wa kulia nambari hii itakuwa:
6 4 + 2 4 + 3 1 = 35.
Idadi ya atomi za hidrojeni kwenye upande wa kushoto wa equation ya mmenyuko ni sita na inalingana na idadi ya atomi hizi kwenye upande wa kulia wa mlingano wa majibu.
7.2.5. Mifano ya athari za redoksi zinazohusisha vioksidishaji na mawakala wa kupunguza
7.2.5.1. Athari za kupunguza oksidi kati ya molekuli
Hapo chini, kama mifano, tunazingatia athari za redox zinazojumuisha pamanganeti ya potasiamu, dichromate ya potasiamu, peroksidi ya hidrojeni, nitriti ya potasiamu, iodidi ya potasiamu na salfaidi ya potasiamu. Miitikio ya redoksi inayohusisha vioksidishaji na mawakala wa kupunguza inajadiliwa katika sehemu ya pili ya mwongozo ("kemia isokaboni").
Athari za redox zinazojumuisha pamanganeti ya potasiamu
Kulingana na mazingira (tindikali, upande wowote, alkali), pamanganeti ya potasiamu, hufanya kama wakala wa oksidi, hutoa. bidhaa mbalimbali kupona, Mtini. 7.1.
Mchele. 7.1. Uundaji wa bidhaa za kupunguza permanganate ya potasiamu ndani mazingira tofauti
Ifuatayo ni athari za KMnO 4 na sulfidi ya potasiamu kama wakala wa kupunguza katika mazingira mbalimbali, inayoonyesha mpango, Mtini. 7.1. Katika athari hizi, bidhaa ya oxidation ya ioni ya sulfidi ni sulfuri ya bure. KATIKA mazingira ya alkali Molekuli za KOH hazishiriki katika majibu, lakini huamua tu bidhaa ya kupunguza ya pamanganeti ya potasiamu.
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,
K 2 S + 2 KMnO 4 – (KOH) 2 K 2 MnO 4 + S.
Athari za redox zinazohusisha dikromati ya potasiamu
Katika mazingira ya tindikali, dichromate ya potasiamu ni wakala wa oksidi kali. Mchanganyiko wa K 2 Cr 2 O 7 na iliyokolea H 2 SO 4 (chromium) hutumiwa sana katika mazoezi ya maabara kama wakala wa vioksidishaji. Ikiingiliana na wakala wa kupunguza, molekuli moja ya dikromati ya potasiamu inakubali elektroni sita, na kutengeneza misombo ya kromiamu yenye trivalent:
6 FeSO 4 +K 2 Cr 2 O 7 +7 H 2 SO 4 = 3 Fe 2 (SO 4) 3 +Cr 2 (SO 4) 3 +K 2 SO 4 +7 H 2 O;
6 KI + K 2 Cr 2 O 7 + 7 H 2 SO 4 = 3 I 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4 K 2 SO 4 + 7 H 2 O.
Athari za redox zinazojumuisha peroksidi ya hidrojeni na nitriti ya potasiamu
Peroxide ya hidrojeni na nitriti ya potasiamu huonyeshwa zaidi mali ya oksidi:
H 2 S + H 2 O 2 = S + 2 H 2 O,
2 KI + 2 KNO 2 + 2 H 2 SO 4 = I 2 + 2 K 2 SO 4 + H 2 O,
Walakini, wakati wa kuingiliana na vioksidishaji vikali (kama vile, kwa mfano, KMnO 4), peroksidi ya hidrojeni na nitriti ya potasiamu hufanya kama mawakala wa kupunguza:
5 H 2 O 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 O 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O,
5 KNO 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 KNO 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3 H 2 O.
Ikumbukwe kwamba peroxide ya hidrojeni, kulingana na mazingira, imepunguzwa kulingana na mpango, Mtini. 7.2.
Mchele. 7.2. Bidhaa zinazowezekana za kupunguza peroksidi ya hidrojeni
Katika kesi hii, kama matokeo ya athari, ioni za maji au hidroksidi huundwa:
2 FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O,
2 KI + H 2 O 2 = I 2 + 2 KOH.
7.2.5.2. Athari za kupunguza oksidi ndani ya molekuli
Miitikio ya redoksi ya ndani ya molekuli kawaida hutokea wakati vitu ambavyo molekuli zake zina wakala wa kupunguza na wakala wa vioksidishaji hupashwa joto. Mifano ya athari za kupunguza-oxidation ya intramolecular ni michakato mtengano wa joto nitrati na permanganate ya potasiamu:
2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2,
2 Cu(NO 3) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2,
Hg(NO 3) 2 Hg + NO 2 + O 2,
2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.
7.2.5.3. Miitikio isiyo na uwiano
Kama ilivyoonyeshwa hapo juu, katika miitikio isiyo na uwiano chembe sawa (ioni) ni wakala wa vioksidishaji na wakala wa kinakisishaji. Hebu tuchunguze mchakato wa kuunda aina hii ya majibu kwa kutumia mfano wa mwingiliano wa sulfuri na alkali.
Tabia za hali ya oxidation ya sulfuri: – 2, 0, +4 na +6. Ikifanya kazi kama wakala wa kupunguza, salfa ya msingi hutoa elektroni 4:
S o – 4e = S 4+.
Sulfuri – Wakala wa oksidi hupokea elektroni mbili:
S o + 2е = S 2– .
Kwa hivyo, kama matokeo ya mmenyuko wa usawa wa sulfuri, misombo huundwa ambayo hali ya oxidation ya kitu hicho ni. – 2 na kulia +4:
3 S + 6 KOH = 2 K 2 S + K 2 SO 3 + 3 H 2 O.
Wakati oksidi ya nitrojeni (IV) haijagawanywa katika alkali, nitriti na nitrati hupatikana - misombo ambayo hali ya oxidation ya nitrojeni ni +3 na +5, mtawaliwa:
2 N 4+ O 2 + 2 KOH = KN 3+ O 2 + KN 5+ O 3 + H 2 O,
Ugawanyiko wa klorini katika suluhisho la alkali baridi husababisha kuundwa kwa hypochlorite, na katika suluhisho la moto la alkali - klorate:
Cl 0 2 + 2 KOH = KCl – + KCl + O + H 2 O,
Cl 0 2 + 6 KOH 5 KCl – + KCl 5+ O 3 + 3H 2 O.
7.3. Electrolysis
Mchakato wa redox unaotokea katika suluhisho au kuyeyuka wakati mkondo wa umeme wa moja kwa moja unapitishwa kwao huitwa electrolysis. Katika kesi hii, oxidation ya anions hutokea kwenye electrode nzuri (anode). Cations hupunguzwa kwenye electrode hasi (cathode).
2 Na 2 CO 3 4 Na + O 2 + 2CO 2 .
Pamoja na electrolysis ufumbuzi wa maji elektroliti, pamoja na mabadiliko ya dutu iliyoyeyushwa, yanaweza kutokea michakato ya electrochemical na ushiriki wa ioni za hidrojeni na ioni za hidroksidi za maji:
cathode (–): 2 Н + + 2е = Н 2,
anodi (+): 4 OH – – 4e = O 2 + 2 H 2 O.
Katika kesi hii, mchakato wa kupunguza kwenye cathode hufanyika kama ifuatavyo:
1. Cations metali hai(hadi Al 3+ pamoja) hazipunguzwi kwenye kathodi; hidrojeni hupunguzwa badala yake.
2. Mikutano ya chuma iko kwenye safu ya zile za kawaida uwezo wa electrode(katika mfululizo wa voltage) kwa haki ya hidrojeni, wakati wa electrolysis wao hupunguzwa kwenye cathode hadi metali za bure.
3. Miunganisho ya chuma iko kati ya Al 3+ na H + hupunguzwa kwenye cathode wakati huo huo na cation ya hidrojeni.
Michakato inayotokea katika suluhisho la maji kwenye anode hutegemea dutu ambayo anode hufanywa. Kuna anodi zisizoyeyuka ( ajizi) na mumunyifu ( hai) Graphite au platinamu hutumiwa kama nyenzo za anodi zisizo na hewa. Anodes ya mumunyifu hufanywa kutoka kwa shaba, zinki na metali nyingine.
Wakati wa elektrolisisi ya suluhisho na anode ya inert, bidhaa zifuatazo zinaweza kuunda:
1. Wakati ioni za halide zimeoksidishwa, halojeni za bure hutolewa.
2. Wakati wa electrolysis ya ufumbuzi ulio na anions SO 2 2-, NO 3 -, PO 4 3-, oksijeni hutolewa, i.e. Sio ioni hizi ambazo zimeoksidishwa kwenye anode, lakini molekuli za maji.
Kwa kuzingatia sheria zilizo hapo juu, hebu tuzingatie, kwa mfano, electrolysis ya ufumbuzi wa maji ya NaCl, CuSO 4 na KOH na electrodes ya inert.
1). Katika suluhisho, kloridi ya sodiamu hutengana na ioni.