Oksidasyon durumu (S.O.) bir bileşikteki bir atomun, kimyasal bağın tamamen iyonik olduğu önermesine dayanarak hesaplanan koşullu yüküdür. Oksidasyon durumu, “+” veya “-” işaretli Arap rakamlarıyla gösterilen ve element sembolünün üzerine yerleştirilen negatif, pozitif ve sıfır değere sahip olabilir, örneğin: Cl 2 0, K + 2 O -2, H + N +5 O -2
Sıfır derece oksidasyon nötr atomlara sahiptir (örneğin, Mg, H2, O2). Bir dizi element için S.O. Bileşiklerdeki atomlar sabittir. Bunlar şunları içerir:
Element S.O.
Li, Na, K, Rb, Cs, Fr, H (hidritler hariç) +1
Be, Mg, Ca, Sr, Ba +2
Galidlerdeki halojenler (MeHx –1) ve hidridlerdeki hidrojen (MeHx) -1
O (peroksitler hariç) -2
Bu bilgiyi kullanarak S.O.'yu hesaplayabilirsiniz. bileşiklerdeki diğer atomlar dikkate alınarak BİR BİLEŞİK İÇİNDEKİ TÜM ATOMLARIN CEBİRSEL YÜKSELTGENME DERECELERİNİN TOPLAMI HER ZAMAN SIFIRA VE KOMPLEKS İYONDA İYONUN YÜKÜNE EŞİTTİR.
Örneğin FeO, NaFeO2, K2FeO4C.O. bileşiklerinde. demir atomu sırasıyla +2, +3, +6 olacaktır çünkü BU YÜZDEN. oksijen atomu -2, sodyum ve potasyum - +1'dir ve cebirsel toplam BU YÜZDEN. tüm atomların sayısı sıfırdır:
Fe +2 O -2 Na + Fe +3 O 2 -2 K 2 + Fe +6 O 4 -2
2 +(-2)=0 +1+3+2(-2)=0 +1·2+6+4(-2)=0.
Değerlik sayı olarak tanımlanır kimyasal bağlar Bir bileşikteki belirli bir atom tarafından oluşturulur.
En basit durumlarda, bir elementin atomunun değeri, içindeki ortak elektron çiftlerini oluşturan eşleşmemiş elektronların sayısına göre belirlenir. Örneğin HC1, CH4, H2S bileşiklerinde değerlik şu şekildedir: C1 - I, C - IV, S - II, çünkü Moleküllerdeki iletişim, karşılık gelen atomdaki bir, dört ve iki elektron çifti (bir çift elektron) nedeniyle gerçekleştirilir. grafik gösterimi kısa çizgi ile gösterilir).
H―Cl, H―S―H, N
EGZERSİZ 2. Verilen molekül veya iyonlardaki altı çizili elementin atomunun oksidasyon durumunu belirleyin:
k Mn O4, H N O2, PÇ 4 3- , CR 2 Ey 3 . İÇİNDE son örnek Ayrıca altı çizili elementin değerliliğini de belirleyin (bileşikteki elementin belirli bir atomunun oluşturduğu kimyasal bağların sayısını belirtin).
CEVAP: S.O.'yu belirlemek için Verilen örneklerde altı çizili elementler KMnO 4, HNO 2, Cr 2 O 3, S.O. Bileşiklerdeki diğer tüm atomları ve bunların cebirsel toplamını hesaplayarak S.O. altı çizili eleman, cebirsel toplam S.O.'ya eşit ve zıt işaretli bir miktar olarak diğer tüm atomlar.
K +1 MnO 4 -2 cebirsel toplamında S.O. -7'ye eşittir, dolayısıyla S.O. manganez +7'dir; H +1 NO 2 -2'de benzer şekilde mantık yürüterek S.O. nitrojen +3'tür; Cr203-2S.O.'da krom +3'tür.
PO 4 3- iyonunda CO'nun belirlenmesi gereklidir. fosfor. Bir iyondaki atomların tüm oksidasyon durumlarının toplamı iyonun yüküne eşit olmalıdır. Daha sonra S.O. x'e kadar fosfor ve oksijenin oksidasyon durumunu (-2) atom sayısıyla çarparak denklemi yaratırız
x + (-2) 4 = -3, dolayısıyla x = +5.
Cr203 molekülünde krom üç değerliklidir, yani. kromun oluşturduğu kimyasal bağların sayısı 3'tür:
verilende grafik formülü elektron çifti kovalent bağ kısa çizgi ile gösterilir.
GÖREV 2(kendi kendini kontrol etmek için) S.O.'yu belirleyin. Aşağıdaki örneklerde altı çizili öğe:
a) K2Mn04, Cr02-, SnCl4; b) HVO3, CrO42-, CuI2;
c) Na2C03, P033-, Fe2(S04)3; d) K2Cr207, N03-, NH4OH;
e) NH4NO3, C032-, SnCl4; e) KNO2, SO42-, FeCO3;
g) NiS04, A102-, Fe(OH)3; h) K2S03, SnO32-, CaF2;
i) MnO2, SnO22-, Fe203.
Görevin her son örneğinde, altı çizili elementin değerini de belirleyin (bileşikteki elementin belirli bir atomunun oluşturduğu kimyasal bağların sayısını belirtin).
Oksidasyon-indirgeme reaksiyonları (ORR), elektronların bir atom veya iyondan diğerine yer değiştirmesi veya tamamen aktarılması nedeniyle elementlerin oksidasyon durumundaki bir değişikliğin eşlik ettiği reaksiyonlardır. Oksidasyon – bir atomun, molekülün veya iyonun elektron verme süreci; iyileşmek- bir atoma, moleküle veya iyona elektron ekleme işlemi. Oksidasyon ve redüksiyon aynı anda meydana gelen birbiriyle ilişkili süreçlerdir. Oksitleyici maddeler bazı metal olmayan atomlar ve moleküller olabilir; MnO4-, NO3-, SO42-, Cr2072-, ClO3-, PbO2, vb. en yüksek veya daha yüksek oksidasyon durumlarından birinde elementlerin atomlarını içeren kompleks iyonlar ve moleküller; pozitif yüklü metal iyonları (Fe 3+, Au 3+, Ag +, Sn 4+, Hg 2+, vb.). Tipik indirgeyici maddeler, serbest haldeki hemen hemen tüm metaller ve bazı metal olmayanlardır (C, H2, vb.); negatif yüklü metal olmayan iyonlar (S 2-, I -, vb.), oksidasyon durumu artabilen katyonlar (Sn 2+, Fe 2+, Cu +, vb.). Bir madde ara oksidasyon durumunda bir element içeriyorsa, reaksiyon koşullarına bağlı olarak hem oksitleyici madde hem de indirgeyici madde olabilir. Örneğin, güçlü bir oksitleyici maddenin varlığında potasyum nitrit, onarıcı özellikler, nitrata oksitleyici
3KNO 2 + K 2 Cr 2 Ö 7 + 4H 2 SO 4 = 3KNO 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 4H 2 O
İndirgeyici bir maddeyle etkileşime girdiğinde ise aksine oksitleyici özellikler sergiler.
2KNO 2 + 2KI + 2H 2 SO 4 = 2NO + I 2 + 2K 2 SO 4 + 2H 2 O
Bu redoks ikiliği aynı zamanda H 2 O 2, H 2 SO 3 (ve tuzları) vb. için de karakteristiktir.
OVR denklemlerinin hazırlanması.
Yöntem elektronik denge başlangıç ve son maddelerdeki atomların oksidasyon durumlarının karşılaştırılmasına dayanır. İndirgeyici ajan tarafından bağışlanan elektron sayısının, oksitleyici ajan tarafından eklenen elektron sayısına eşit olması kuralına dayanmaktadır.
Asidik bir ortamda hidrojen sülfürün potasyum permanganat ile reaksiyonu üzerine bu yöntemi ele alalım.
H 2 S + KMnO 4 + H 2 SO 4 = S + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Daha sonra atomların oksidasyon durumlarındaki değişimi belirleriz
H 2 S -2 + KMn +7 Ö 4 + H 2 SO 4 = S 0 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Bu, kükürt ve manganez için oksidasyon durumunun değiştiğini gösterir.
S -2 – 2 e = S 5
Mn +7 + 5 e = Mn +2 2
Oksitleyici madde ve indirgeyici maddenin ve ardından diğer reaktanların katsayılarını buluyoruz. Elektronik denklemlerden 5 H2S molekülü ve 2 KMnO4 molekülü almamız gerektiği, ardından 5 S atomu ve 2 MnSO4 molekülü almamız gerektiği açıktır. Ayrıca denklemin sol ve sağ tarafındaki atomların karşılaştırılmasından 1 molekül K 2 SO 4 ve 8 molekül suyun da oluştuğunu görüyoruz.
Son reaksiyon denklemi şöyle olacaktır:
5H 2 S + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5S + 2MnS04 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
Denklemin doğruluğu, denklemin sol ve sağ taraflarındaki her bir elementin atomları sayılarak kontrol edilir.
Laboratuvar çalışması. Redoks reaksiyonları Deney 1. kMnO4'ün çeşitli ortamlarda oksidatif özellikleri.
Üç konik şişeye 3 damla KMnO 4 çözeltisi koyun. Daha sonra birinciye 2 damla 2 N solüsyonu ekleyin. H 2 SO 4 , ikincide - 2 damla damıtılmış su, üçüncüde - 2 damla NaOH çözeltisi, ardından çözeltinin rengi değişene kadar her test tüpüne damla damla Na 2 SO 3 çözeltisi ekleyin. KMnO 4 asidik, nötr ve alkali ortam?
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 O MnO 2 + Na 2 SO 4 + KOH
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + NaOH Na 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O
Deney 2. Potasyum dikromatın oksidatif özellikleri .
İki test tüpüne 3-4 damla K 2 Cr 2 O 7 çözeltisi dökün, test tüplerinden birine 3-4 damla 2 N ekleyin. H 2 SO 4 çözeltisi, diğerine - 3-4 damla 2 N. alkali çözelti. İkinci test tüpündeki çözeltinin rengindeki değişime dikkat edin. Tüm test tüplerine sodyum sülfit ekleyin. Gözlenen olaylara ilişkin açıklamalar verin.
K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 + Na 2 SO 3 Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Tüm elementlerin oksidasyon durumunu belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
Deney 3. Potasyum dikromatın indirgenmesi .
Bir test tüpüne 5-6 damla potasyum dikromat çözeltisi dökün, 2-3 damla sülfürik asit ekleyin ve birkaç kristal potasyum sülfit ekleyin. Test tüpünün içeriğini çalkalayın. Renk değişimini gözlemleyin.
Deney 4. Demir bileşiklerinin redoks özellikleri ( III )
Bir test tüpüne 4-5 damla KMnO4 çözeltisi ve 1-2 damla H2S04 dökün, çözeltinin rengi değişene kadar damlalar halinde demir (II) sülfat çözeltisi ekleyin.
Bir test tüpüne 4-5 damla demir klorür çözeltisi ve 1-2 damla potasyum iyodür çözeltisi dökün. Çözeltinin rengindeki değişikliğe dikkat edin. Elde edilen çözeltiden 1-2 damla, 7-8 damla nişasta içeren bir test tüpüne ekleyin. Tüm elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 MnSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
FeCl 3 +KI FeCl 2 +KCl+I 2
Deney 5. Sodyum sülfitin otoksidasyonu ve kendi kendine iyileşmesi (orantısızlık).
İki silindirik test tüpüne 2-3 Na 2 SO 3 kristali yerleştirin. Bir test tüpünü kontrol olarak bırakın. İkincisini bir tripoda sabitleyin ve 5-6 dakika ısıtın. Test tüpünün soğumasına izin verin. Her iki test tüpüne 2-3 ml saf su ekleyin ve test tüplerindeki tuzlar eriyene kadar cam çubuklarla karıştırın. Her test tüpüne 2-3 ml CuSO 4 çözeltisi ekleyin. Test tüplerindeki çökeltilerin rengine dikkat edin. Renk farkı nasıl açıklanır? İkinci test tüpünde elde edilen siyah çökelti bakır sülfürdür. Sodyum sülfitin bakır sülfatla kalsinasyonunun hangi ürünü bu çökeltiyi verdi? Kalsinasyonun ikinci ürününün sodyum sülfit olduğunu dikkate alarak sodyum sülfitin ayrışma reaksiyonu için bir denklem yazın.
Na 2 SO 3 + H 2 O + CuSO 4 H 2 SO 4 + Cu 2 O + NaOH
Tüm elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
Deney 6. Hidrojen peroksitin oksidatif özellikleri .
5-6 damla KI çözeltisi içeren bir test tüpüne 3-4 damla 2 N H2S04 ekleyin ve ardından sarı bir renk görünene kadar H2O2 çözeltisini damla damla ekleyin. Bir çözeltideki iyotu tespit etmek için test tüpüne birkaç damla kloroform veya benzen ekleyin. Reaksiyonun denklemini yazın.
KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 I 2 + H 2 O + K 2 SO 4
Tüm elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
Deney 7. Hidrojen peroksitin indirgeyici özellikleri.
5-6 damla KMnO4 içeren bir test tüpüne 3-4 damla 2 N H2S04 ve 5-6 damla hidrojen peroksit ekleyin ve ısıtın. Neler oluyor? Hidrojen peroksitin oksijene oksitlendiğini dikkate alarak reaksiyon için bir denklem yazın.
KMnO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 MnSO 4 + O 2 + K 2 SO 4 + H 2 O
Tüm elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
Deney 8. Bakırın nitrik asitle oksidasyonu.
Test tüpünün içine bir parça bakır tel yerleştirin ve 5-6 damla 0,2 N HNO3 ekleyin. Gaz oluşumuna, bakırın çözünmesine ve çözeltinin rengindeki değişime dikkat edin. Reaksiyon için oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi belirten elektronik denklemleri yazın. Tüm elementlerin oksidasyon derecesini belirleyin, reaksiyon denklemlerindeki katsayıları düzenleyin.
Cu + HNO 3 Cu(NO 3) 2 + NO + H 2 O
Güvenlik soruları
1. Aşağıdaki reaksiyonlardan hangisi redoks reaksiyonlarıdır:
a) Na 2 CO 3 + SiO 2 = Na 2 SiO 3 + CO 2 b) Fe 2 O 3 + CO = 2FeO + CO 2
c) K2Cr207 + 2KOH = 2K2CrO4 + H20
2. Oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi belirleyin ve aşağıdaki oksidasyon-indirgeme reaksiyonlarındaki katsayıları seçin:
a) Na 2 SO 3 + I 2 + H 2 O = Na 2 SO 4 + HI b) S + HNO 3 = H 2 SO 4 + NO
3. Metallerin bileşiklerinde oksidasyon durumu +2'dir: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn
4. Metallerin oksidasyon durumu +3 bileşiklerinde bulunur: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn
5. Metallerin oksidasyon durumu +1'dir: Cu, Al, Zn, Sn, Pb, Cr, Fe, Mn, Na, Ca, Ag
Oksitleyici maddeler parçacıklardır (atomlar, moleküller veya iyonlar) elektronları kabul et kimyasal bir reaksiyon sırasında. Bu durumda oksitleyici maddenin oksidasyon durumu aşağı iner. Oksitleyici maddeler restore ediliyor.
Restoratörler parçacıklardır (atomlar, moleküller veya iyonlar) elektron bağışlamak kimyasal bir reaksiyon sırasında. Bu durumda indirgeyici maddenin oksidasyon durumu yükselir. Bu durumda redüktörler oksitlemek.
Kimyasallar ikiye ayrılabilir tipik oksitleyici maddeler, tipik indirgeyici ajanlar ve sergileyebilecek maddeler hem oksitleyici hem de indirgeyici özellikler. Bazı maddeler neredeyse hiç redoks aktivitesi göstermez.
İLE tipik oksitleyici maddeler katmak:
- basit maddeler-metal olmayanlar en güçlüsüyle oksitleyici özellikler(flor F2, oksijen O2, klor Cl2);
- iyonlarmetaller veya metal olmayanlarİle yüksek pozitif (genellikle daha yüksek) oksidasyon durumları : asitler (HN +5 O 3, HCl +7 O 4), tuzlar (KN +5 O 3, KMn +7 O 4), oksitler (S +6 O 3, Cr +6 O 3)
- bazı içeren bileşikler metal katyonları sahip olmak yüksek oksidasyon durumları: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+ vb.
Tipik indirgeyici ajanlar - bu, kural olarak:
- basit maddeler - metaller(metallerin indirgeme yetenekleri bir dizi elektrokimyasal aktiviteyle belirlenir);
- içeren karmaşık maddeler Negatif (genellikle en düşük) oksidasyon durumuna sahip ametallerin atomları veya iyonları: ikili hidrojen bileşikleri (H2S, HBr), tuzlar oksijensiz asitler(K2S, NaI);
- içeren bazı bileşikler minimal katyonlar pozitif derece oksidasyon(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+), elektronlardan vazgeçerek, oksidasyon durumlarını artırabilir;
- karmaşık iyonlar içeren bileşikler ara pozitif oksidasyon durumuna sahip metal olmayanlar(S +4 O 3) 2–, (НР +3 O 3) 2–, burada elementler elektron vererek, pozitif oksidasyon durumunu arttırın.
Diğer maddelerin çoğu sergileyebilir hem oksitleyici hem de indirgeyici özellikler.
Tipik oksitleyici ve indirgeyici maddeler tabloda verilmiştir.
İÇİNDE laboratuvar uygulaması en sık kullanılanlar şunlardır oksitleyici maddeler :
potasyum permanganat (KMn04);
potasyum dikromat (K2Cr207);
nitrik asit (HNO 3);
konsantre sülfürik asit(H2S04);
hidrojen peroksit (H202);
manganez (IV) ve kurşun (IV) oksitleri (Mn02, PbO2);
erimiş potasyum nitrat (KNO 3) ve diğer bazı nitratların eriyikleri.
İLE restorasyon işçileri geçerli olan V laboratuvar uygulaması katmak:
- magnezyum (Mg), alüminyum (Al), çinko (Zn) ve diğer aktif metaller;
- hidrojen (H2) ve karbon (C);
- potasyum iyodür (KI);
- sodyum sülfür (Na2S) ve hidrojen sülfür (H2S);
- sodyum sülfit (Na2S03);
- kalay klorür (SnCl2).
Redoks reaksiyonlarının sınıflandırılması
Redoks reaksiyonları genellikle dört türe ayrılır: moleküller arası, molekül içi, orantısızlık (oto-oksidasyon-kendi kendine indirgeme) reaksiyonları ve orantısızlaşma reaksiyonları.
Moleküller arası reaksiyonlar Oksidasyon durumundaki bir değişiklikle ortaya çıkar farklı unsurlar itibaren farklı reaktifler. Bu durumda, çeşitli oksidasyon ve indirgeme ürünleri .
2Al 0 + Fe +3 2 Ö 3 → Al +3 2 Ö 3 + 2Fe 0,
C 0 + 4HN +5 Ö 3 (kons) = C +4 O 2 + 4N +4 O 2 + 2H 2 O.
Molekül içi reaksiyonlar - bunlar hangi reaksiyonlardır farklı unsurlar itibaren bir reaktif gitmek örneğin farklı ürünler:
(N -3 H 4) 2 Kr +6 2 Ö 7 → N 2 0 + Cr +3 2 Ö 3 + 4 H 2 Ö,
2 NaN +5 O-2 3 → 2 NaN +3 O2 + O 0 2 .
Orantısızlık reaksiyonları (oto-oksidasyon-kendi kendini iyileştirme), oksitleyici maddenin ve indirgeyici maddenin olduğu reaksiyonlardır. aynı reaktifin aynı elementi, daha sonra şuna dönüşür: farklı ürünler:
3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H2O,
yeniden orantılama (orantılama, orantısızlaştırma ) oksitleyici ajanın ve indirgeyici ajanın olduğu reaksiyonlardır aynı unsur hangisi farklı reaktifler içeri girer bir ürün. Reaksiyon orantısızlığın tam tersidir.
2H 2 S -2 + S +4 Ö 2 = 3S + 2H 2 Ö
Redoks reaksiyonlarını oluşturmanın temel kuralları
Redoks reaksiyonlarına oksidasyon ve indirgeme işlemleri eşlik eder:
Oksidasyon indirgeyici bir ajan tarafından elektronların bağışlanması işlemidir.
İyileşmek oksitleyici bir maddeye elektronların eklenmesi işlemidir.
Oksidan restore ediliyorve indirgeyici ajan oksitler .
Redoks reaksiyonlarında gözlenir elektronik denge: İndirgeyici maddenin verdiği elektron sayısı, oksitleyici maddenin kazandığı elektron sayısına eşittir.
Bilanço yanlış düzenlenirse karmaşık OVR'ler oluşturamazsınız.
Daha yakından bakalım elektronik denge yöntemi .
ORR'yi "tanımlamak" oldukça kolaydır - sadece tüm bileşiklerdeki oksidasyon durumlarını düzenleyin ve atomların oksidasyon durumunu değiştirip değiştirmediğini belirleyin:
K + 2 S -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0
Oksidasyon durumunu değiştiren elementlerin atomlarını reaksiyondan ÖNCE ve reaksiyondan SONRA ayrı ayrı yazıyoruz.
Oksidasyon durumu manganez ve kükürt atomları tarafından değiştirilir:
S -2 -2e = S 0
Mn +7 + 1e = Mn +6
Manganez 1 elektron emer, kükürt ise 2 elektron verir. Bu durumda uymak gerekir elektronik denge. Bu nedenle manganez atomlarının sayısını iki katına çıkarmak ve kükürt atomlarının sayısını değiştirmemek gerekir. Denge katsayılarını hem reaktiflerden hem de ürünlerden önce belirtiyoruz!
Elektronik denge yöntemini kullanarak OVR denklemlerini derleme şeması:
Dikkat! Bir reaksiyonda birçok oksitleyici veya indirgeyici madde bulunabilir. Denge öyle kurulmalı ki TOPLAM sayı Verilen ve alınan elektronlar aynıydı.
Redoks reaksiyonlarının genel modelleri
Redoks reaksiyonlarının ürünleri genellikle aşağıdakilere bağlıdır: süreç için koşullar. düşünelim Redoks reaksiyonlarının seyrini etkileyen ana faktörler.
En belirgin belirleyici faktör reaksiyon çözüm ortamı — . Tipik olarak (ancak zorunlu değil), ortamı tanımlayan madde reaktifler arasında listelenir. Aşağıdaki seçenekler mümkündür:
- oksidatif aktivite daha asidik bir ortamda güçlendirilir ve oksitleyici madde daha derinden azaltılır(örneğin, potasyum permanganat, KMnO4, burada Mn +7 asidik bir ortamda Mn +2'ye ve alkali bir ortamda - Mn +6'ya indirgenir);
- oksidatif aktivite daha alkali bir ortamda artar ve oksitleyici madde daha derin indirgenir (örneğin, potasyum nitrat KNO3, burada N +5, alkali bir ortamda bir indirgeyici madde ile etkileşime girdiğinde N -3'e indirgenir);
- veya oksitleyici madde pratik olarak ortamdaki değişikliklere tabi değildir.
Reaksiyon ortamı, geri kalan OVR ürünlerinin bileşimini ve varoluş biçimini belirlemeyi mümkün kılar. Temel prensip, reaktiflerle etkileşime girmeyen ürünlerin oluşmasıdır!
Dikkat etmek! eÇözelti ortamı asidik ise reaksiyon ürünleri arasında bazlar bulunamaz ve bazik oksitler, Çünkü asitle reaksiyona girerler. Ve tersine, alkalin bir ortamda asit oluşumu hariç tutulur ve asit oksit. Bu en yaygın ve en ciddi hatalardan biridir.
OVR akışının yönü de şunlardan etkilenir: Reaksiyona giren maddelerin doğası. Örneğin etkileşimde bulunurken nitrik asitİndirgeyici maddelerle HNO 3'te bir model vardır - indirgeyici maddenin aktivitesi ne kadar büyükse, nitrojen N +5 o kadar azalır.
Artırırken sıcaklık Çoğu ODD daha yoğun ve derin olma eğilimindedir.
İÇİNDE heterojen reaksiyonlarürünlerin bileşimi sıklıkla etkilenir taşlama derecesi sağlam . Örneğin, nitrik asitli toz çinko bazı ürünler oluştururken, granül çinko tamamen farklı ürünler oluşturur. Nasıl daha fazla derece reaktifin öğütülmesi, aktivitesi ne kadar büyük olursa, kural olarak.
En tipik laboratuvar oksitleyici maddelere bakalım.
Redoks reaksiyonlarının temel şemaları
Permanganat kurtarma şeması
Permanganatlar güçlü bir oksitleyici madde içerir. manganez oksidasyon durumunda +7. Manganez tuzları +7 çözeltiyi renklendirir menekşe renk.
Permanganatlar reaksiyon çözeltisinin ortamına bağlı olarak farklı şekillerde indirgenir.
İÇİNDE asidik ortam iyileşme daha derinden gerçekleşir, Min 2+. +2 oksidasyon durumundaki manganez oksit temel özellikler sergiler, bu nedenle asidik ortam tuz oluşur. Manganez tuzları +2 renksiz. İÇİNDE nötr çözüm manganez azalır oksidasyon durumuna +4 , eğitim ile amfoterik oksit MnO 2 — kahverengi Asitlerde ve alkalilerde çözünmeyen çökeltiler. İÇİNDE alkalin manganez minimum düzeyde geri yüklenir - en yakın seviyeye oksidasyon durumları +6 . Manganez bileşikleri +6 asidik özellikler gösterir ve alkali bir ortamda tuzlar oluşturur - manganatlar. Manganatlar çözeltiye katılır yeşil renk .
Asidik, nötr ve alkali ortamlarda potasyum permanganat KMnO4'ün potasyum sülfit ile etkileşimini ele alalım. Bu reaksiyonlarda sülfit iyonunun oksidasyon ürünü S0'dır.
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,
Bu reaksiyondaki yaygın bir hata, reaksiyon ürünlerinde kükürt ve alkalinin etkileşimini belirtmektir. Bununla birlikte, kükürt, bu reaksiyonun koşullarına uymayan oldukça sert koşullar altında (yüksek sıcaklık) alkali ile etkileşime girer. Şu tarihte: normal koşullar Etkileşimlerinin ürünlerini değil, moleküler kükürt ve alkaliyi ayrı ayrı belirtmek doğru olacaktır.
K 2 S + 2 KMnO 4 –(KOH)= 2 K 2 MnO 4 + S↓
Bu reaksiyonun oluşturulmasında da zorluklar ortaya çıkar. Önemli olan şu ki bu durumda Reaksiyonu eşitlemek için ortamın bir molekülünün (KOH veya başka bir alkali) reaktiflere yazılması gerekli değildir. Alkali reaksiyona katılır ve potasyum permanganatın indirgenmesinin ürününü belirler, ancak reaktifler ve ürünler katılımı olmadan eşitlenir. Eğer şunu hatırlarsak, bu görünüşteki paradoks kolayca çözülebilir. kimyasal reaksiyon- bu yalnızca devam eden her süreci göstermeyen, yalnızca tüm süreçlerin toplamının bir gösterimi olan koşullu bir kayıttır. Bunu kendiniz nasıl belirleyebilirsiniz? Klasik şemayı - denge - denge katsayıları - metal dengelemeyi takip ederseniz, metallerin denge katsayılarıyla eşitlendiğini ve reaksiyon denkleminin sol tarafında alkali varlığının gereksiz olacağını göreceksiniz.
Permanganatlar oksitlemek:
- ametaller negatif oksidasyon durumu ile basit maddelere (oksidasyon durumu 0 ile), istisnalar — fosfor, arsenik - +5'e kadar ;
- ametaller ara oksidasyon durumu ile ile en yüksek derece oksidasyon;
- aktif metaller istikrarlı pozitif metalin oksidasyon derecesi.
KMnO 4 + neMe (en düşük d.o.) = neMe 0 + diğer ürünler
KMnO 4 + neMe (orta düzey d.o.) = neMe (yüksek d.o.) + diğer ürünler
KMnO 4 + Me 0 = Me (kararlı s.o.) + diğer ürünler
KMnO 4 + P -3 , As -3 = P +5 , As +5 + diğer ürünler
Kromat/bikromat kurtarma şeması
Değerlik VI'ya sahip kromun özel bir özelliği, iki tür tuz oluşturmasıdır. sulu çözeltiler: çözelti ortamına bağlı olarak kromatlar ve dikromatlar. Aktif metal kromatlar (örneğin, K 2 CrO 4) stabil olan tuzlardır. alkalinçevre. Aktif metallerin dikromatları (bikromatları) (örneğin, K 2 Cr 2 O 7) - tuzlar, kararlı asidik bir ortamda .
Krom(VI) bileşikleri indirgenir krom(III) bileşikleri . Krom bileşikleri Cr +3 amfoteriktir ve çözelti içinde bulundukları çözelti ortamına bağlı olarak çeşitli formlar: asidik bir ortamda formda tuzlar(amfoterik bileşikler asitlerle etkileşime girdiğinde tuzlar oluşturur), tarafsız ortam- çözünmez amfoterik hidroksit krom (III) Cr(OH) 3 ve alkali bir ortamda krom (III) bileşikleri oluşur karmaşık tuz, Örneğin, potasyum heksahidroksokromat (III) K3 .
Krom VI bileşikleri oksitlemek:
- ametaller V negatif derece oksidasyon basit maddelere (oksidasyon durumu 0 ile), istisnalar — fosfor, arsenik – +5'e kadar;
- ametaller ara oksidasyon durumunda en yüksek oksidasyon derecesine kadar;
- aktif metaller basit maddelerden (oksidasyon aşaması 0) bileşiklere kadar istikrarlı pozitif metalin oksidasyon derecesi.
Kromat/bikromat + NeMe (negatif d.o.) = NeMe 0 + diğer ürünler
Kromat/bikromat + neMe (orta pozitif d.o.) = neMe (daha yüksek d.o.) + diğer ürünler
Kromat/bikromat + Me 0 = Me (kararlı d.o.) + diğer ürünler
Kromat/bikromat + P, As (negatif d.o.) = P, As +5 + diğer ürünler
Nitrat ayrışması
Nitrat tuzları içerir oksidasyon durumunda nitrojen +5 - güçlü oksidan. Bu nitrojen oksijeni (O-2) oksitleyebilir. Bu, nitratlar ısıtıldığında meydana gelir. Çoğu durumda oksijen, oksidasyon durumu 0'a oksitlenir, yani. ile moleküler oksijen O2 .
Tuzu oluşturan metalin türüne bağlı olarak nitratların termal (sıcaklık) ayrışımı çeşitli ürünler: Eğer aktif metal(elektrokimyasal aktivite serisinde magnezyuma), daha sonra nitrojen +3 oksidasyon durumuna indirgenir ve ayrışma sırasında nitrit tuzları ve moleküler oksijen oluşur .
Örneğin:
2NaNO3 → 2NaNO2 + O2.
Aktif metaller doğada tuzlar (KCl, NaCl) halinde bulunur.
Bir metal elektrokimyasal aktivite serisinde ise magnezyumun sağında ve bakırın solunda (magnezyum ve bakır dahil) , daha sonra ayrışmanın ardından oluşur metal oksit kararlı bir oksidasyon durumunda, nitrik oksit (IV)(kahverengi gaz) ve oksijen. Ayrışma sırasında metal oksit de oluşur lityum nitrat .
Örneğin, ayrışma çinko nitrat:
2Zn(NO 3) 2 → 2ZnО + 4NO2 + O2.
Ara aktiviteye sahip metaller çoğunlukla doğada oksitler formunda bulunur (Fe203, Al203, vb.).
iyonlar metaller elektrokimyasal aktivite serisinde yer alan bakırın sağında güçlü oksitleyici ajanlardır. Şu tarihte: nitratların ayrışması N +5 gibi oksijenin oksidasyonuna katılırlar ve basit maddelere indirgenirler; metal oluşur ve gazlar açığa çıkıyor - nitrik oksit (IV) ve oksijen .
Örneğin, ayrışma gümüş nitrat:
2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2.
Aktif olmayan metaller doğada basit maddeler halinde bulunur.
Bazı istisnalar!
Ayrışma amonyum nitrat :
Amonyum nitrat molekülü hem oksitleyici bir madde hem de bir indirgeyici madde içerir: -3 oksidasyon durumundaki nitrojen yalnızca indirgeyici özellikler sergilerken +5 oksidasyon durumundaki nitrojen yalnızca oksidatif özellikler sergiler.
Isıtıldığında amonyum nitrat ayrışır. 270 o C'ye kadar sıcaklıklarda oluşur nitrik oksit (I)(“gülme gazı”) ve su:
NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 Ö
Bu bir reaksiyon örneğidir orantısızlaştırma .
Nitrojenin sonuçtaki oksidasyon durumu, orijinal moleküldeki nitrojen atomlarının oksidasyon durumunun aritmetik ortalamasıdır.
Daha fazlası ile yüksek sıcaklık Nitrik oksit (I) basit maddelere ayrışır - azot Ve oksijen:
2NH 4 NO 3 → 2N 2 + Ö 2 + 4H 2 Ö
Şu tarihte: ayrışma amonyum nitrit NH4NO2 karşı orantısızlık da ortaya çıkar.
Nitrojenin sonuçta ortaya çıkan oksidasyon durumu aynı zamanda başlangıçtaki nitrojen atomlarının oksidasyon durumlarının aritmetik ortalamasına da eşittir - oksitleyici ajan N +3 ve indirgeyici ajan N -3
NH4NO2 → N2 + 2H20
Termal ayrışma manganez(II) nitrat metal oksidasyonunun eşlik ettiği:
Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2
Demir(II) nitrat en düşük sıcaklıklarısıtıldığında demir (II) okside ayrışır, demir oksidasyon durumu +3'e oksitlenir:
2Fe(NO3)2 → 2FeO + 4NO2 + O2, 60°C'de
4Fe(NO 3) 2 → 2Fe 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 >60°C'de
Nikel(II) nitrat
ısıtıldığında nitrite ayrışır.
Nitrik asidin oksidatif özellikleri
Nitrik asit HNO 3 metallerle etkileşime girdiğinde pratik olarak asla hidrojen üretmez çoğu mineral asidin aksine.
Bunun nedeni, asidin çok güçlü bir oksitleyici madde - +5 oksidasyon durumunda nitrojen içermesidir. İndirgeyici maddelerle (metaller) etkileşime girdiğinde çeşitli nitrojen indirgeme ürünleri oluşur.
Nitrik asit + metal = metal tuzu + nitrojen indirgeme ürünü + H2O
İndirgeme üzerine nitrik asit dönüşebilir nitrojen oksit (IV) N02 (N +4); nitrik oksit (II) NO (N +2); nitrik oksit (I) N20 (“gülme gazı”); moleküler nitrojen N2; amonyum nitrat NH 4 NO 3. Kural olarak, bunlardan birinin baskın olduğu bir ürün karışımı oluşur. Azot +4'ten −3'e oksidasyon durumlarına indirgenir. Restorasyonun derinliği öncelikle indirgeyici bir maddenin doğası gereği Ve nitrik asit konsantrasyonu hakkında . Kural işe yarıyor: asit konsantrasyonu ne kadar düşükse ve metalin aktivitesi ne kadar yüksekse, nitrojen o kadar fazla elektron alır ve o kadar fazla indirgenmiş ürün oluşur.
Bazı düzenlilikler, reaksiyondaki nitrik asidin metaller tarafından indirgenmesinin ana ürününü doğru bir şekilde belirlemenize olanak sağlayacaktır:
- eylem üzerine çok seyreltik nitrik asit Açık metaller genellikle oluşur amonyum nitrat NH4NO3;
Örneğin, çinkonun çok seyreltik nitrik asitle reaksiyonu:
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
- konsantre nitrik asit soğukta pasifleştirir bazı metaller - krom Cr, alüminyum Al ve demir Fe . Çözelti ısıtıldığında veya seyreltildiğinde reaksiyon meydana gelir;
metal pasivasyon - bu, metal yüzeyinde ince inert bileşik katmanlarının oluşması nedeniyle metal yüzeyinin aktif olmayan bir duruma aktarılmasıdır, bu durumda esas olarak konsantre nitrik asit ile reaksiyona girmeyen metal oksitler
- nitrik asit platin alt grubunun metalleriyle reaksiyona girmez — altın Au, platin Pt ve paladyum Pd;
- etkileşimde bulunurken konsantre asit yok aktif metaller Ve orta aktivite metalleri azot asit indirgenir nitrik oksit (IV) NO 2 ;
Örneğin, bakırın konsantre nitrik asitle oksidasyonu:
Cu+ 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
- etkileşimde bulunurken aktif metallerle konsantre nitrik asit oluştu nitrik oksit (I)N2O ;
Örneğin, oksidasyon sodyum konsantre nitrik asit:
Na+ 10HNO3 = 8NaNO3 + N2O + 5H2O
- etkileşimde bulunurken nitrik asidi inaktif metallerle seyreltin (hidrojenin sağındaki aktivite serisinde) asit indirgenir nitrik oksit (II) HAYIR ;
- etkileşimde bulunurken nitrik asidi orta aktiviteli metallerle seyreltin ya oluşur nitrik oksit (II) NO veya nitrik oksit N20 veya moleküler nitrojen N2 - bağlı olarak ek faktörler(metal aktivitesi, metal öğütme derecesi, asit seyreltme derecesi, sıcaklık).
- etkileşimde bulunurken nitrik asidi aktif metallerle seyreltin oluştu moleküler nitrojen N 2 .
Farklı metallerle etkileşime girdiğinde nitrik asidin indirgenme ürünlerini yaklaşık olarak belirlemek için sarkaç prensibini kullanmayı öneriyorum. Sarkacın konumunu değiştiren ana faktörler şunlardır: asit konsantrasyonu ve metal aktivitesi. Basitleştirmek için 3 tip asit konsantrasyonu kullanıyoruz: konsantre (%30'dan fazla), seyreltik (%30 veya daha az), çok seyreltik (%5'ten az). Metalleri aktiviteye göre aktif (alüminyumdan önce), orta aktiviteli (alüminyumdan hidrojene) ve aktif olmayan (hidrojenden sonra) olarak ayırıyoruz. Nitrik asidin indirgenme ürünlerini, oksidasyon durumuna göre azalan sıraya göre sıralıyoruz:
NO2; HAYIR; N2O; N2; NH4NO3
Metal ne kadar aktifse o kadar sağa doğru hareket ederiz. Konsantrasyon ne kadar yüksek olursa veya daha az derece Asit seyreltildiğinde sola doğru hareket ederiz.
Örneğin , etkileşime girmek konsantre asit ve aktif olmayan metal bakır Cu. Sonuç olarak aşırı sola kayarız, nitrojen oksit (IV), bakır nitrat ve su oluşur.
Metallerin sülfürik asitle reaksiyonu
Sülfürik asidi seyreltin metallerle normal gibi etkileşime girer mineral asit. Onlar. hidrojene kadar elektrokimyasal voltaj serilerinde bulunan metallerle etkileşime girer. Buradaki oksitleyici madde, moleküler hidrojen H2'ye indirgenen H+ iyonlarıdır. Bu durumda metaller genellikle oksitlenir. minimum oksidasyon derecesi.
Örneğin:
Fe + H2S04 (dil) = FeS04 + H2
hidrojenden önce ve sonra voltaj aralığında metallerle etkileşime girer.
H 2 SO 4 (kons) + metal = metal tuzu + kükürt indirgeme ürünü (SO 2, S, H 2 S) + su
Konsantre sülfürik asit metallerle etkileşime girdiğinde, bir metal tuzu (kararlı bir oksidasyon durumunda), su ve bir kükürt indirgeme ürünü oluşur - kükürt dioksit S +4 O2, moleküler kükürt S veya hidrojen sülfür H2S -2 Konsantrasyon derecesine, metalin aktivitesine, öğütme derecesine, sıcaklığa vb. bağlı olarak. Konsantre sülfürik asit metallerle reaksiyona girdiğinde moleküler hidrojen oluşmadı!
Konsantre sülfürik asidin metallerle etkileşiminin temel prensipleri:
1. Konsantre sülfürik asit pasifleştirir alüminyum, krom, demir en oda sıcaklığı veya soğukta;
2. Konsantre sülfürik asit etkileşime girmiyor İle altın, platin ve paladyum ;
3. İLE aktif olmayan metaller konsantre sülfürik asit geri yüklendi kükürt(IV) oksit.
Örneğinbakır konsantre sülfürik asit ile oksitlenir:
Cu 0 + 2H 2 S +6 O 4 (kons.) = Cu +2 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O
4. Etkileşimde bulunurken aktif metaller ve çinko ile konsantre sülfürik asit formlarıkükürt S veya hidrojen sülfür H2S2- (sıcaklığa, öğütme derecesine ve metalin aktivitesine bağlı olarak).
Örneğin konsantre sülfürik asidin çinko ile etkileşimi:
8Na 0 + 5H 2 S +6 O 4 (kons.) → 4Na 2 + SO 4 + H 2 S — 2 + 4H 2 O
Hidrojen peroksit
Hidrojen peroksit H 2 O 2, -1 oksidasyon durumunda oksijen içerir. Bu tür oksijen oksidasyon durumunu hem artırabilir hem de azaltabilir. Böylece, hidrojen peroksit sergiler hem oksitleyici hem de indirgeyici özelliklere sahiptir.
İndirgeyici maddelerle etkileşime girdiğinde hidrojen peroksit, oksitleyici bir maddenin özelliklerini sergiler ve -2 oksidasyon durumuna indirgenir. Tipik olarak hidrojen peroksit indirgemesinin ürünü, reaksiyon koşullarına bağlı olarak su veya hidroksit iyonudur. Örneğin:
S +4 Ö 2 + H 2 Ö 2 -1 → H 2 S +6 Ö 4 -2
Oksitleyici maddelerle etkileşime girdiğinde peroksit, moleküler oksijene oksitlenir (oksidasyon durumu 0): O 2 . Örneğin :
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