როგორ განვსაზღვროთ, აძლევს თუ არა ის ელექტრონებს. ატომები ან იონები, რომლებიც ამ რეაქციაში ელექტრონებს იძენენ, არის ჟანგვის აგენტები, ხოლო ისინი, რომლებიც ელექტრონებს აძლევენ, შემცირების აგენტები არიან.

ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც წარმოიქმნება ელემენტების დაჟანგვის ხარისხის ცვლილებით, რომლებიც ქმნიან რეაგენტებს, ეწოდება რედოქს რეაქციები.

ოქსიდაცია არის ატომის, მოლეკულის ან იონისგან ელექტრონების დონაციის პროცესი. თუ ატომი ტოვებს ელექტრონებს, მაშინ ის იძენს დადებით მუხტს, მაგალითად:

თუ უარყოფითად დამუხტული იონი (მუხტი -1), მაგალითად, ტოვებს 1 ელექტრონს, მაშინ ის ხდება ნეიტრალური ატომი:

თუ დადებითად დამუხტული იონი ან ატომი ტოვებს ელექტრონებს, მაშინ მისი დადებითი მუხტის მნიშვნელობა იზრდება მოცემული ელექტრონების რაოდენობის მიხედვით:

რედუქცია არის ატომში, მოლეკულაში ან იონში ელექტრონების დამატების პროცესი.

როდესაც ატომი იძენს ელექტრონებს, ის იქცევა უარყოფითად დამუხტულ იონად:

თუ დადებითად დამუხტული იონი იღებს ელექტრონებს, მაშინ მისი მუხტი მცირდება, მაგალითად:

ან შეიძლება გადავიდეს ნეიტრალურ ატომში:

ჟანგვის აგენტი არის ატომი, მოლეკულა ან იონი, რომელიც იღებს ელექტრონებს. შემცირების აგენტი არის ატომი, მოლეკულა ან იონი, რომელიც აძლევს ელექტრონებს.

რეაქციის დროს ჟანგვის აგენტი მცირდება, ხოლო აღმდგენი აგენტი იჟანგება.

უნდა გვახსოვდეს, რომ ჟანგვის (რედუქციის) განხილვა, როგორც ატომების ან იონების მიერ ელექტრონების შემოწირულობის (და მიღების) პროცესი ყოველთვის არ ასახავს ნამდვილ სიტუაციას, რადგან ხშირ შემთხვევაში არ ხდება ელექტრონების სრული გადაცემა, არამედ მხოლოდ ცვლა. ელექტრონული ღრუბელი ერთი ატომიდან მეორეში.

თუმცა, რედოქსის რეაქციების განტოლებების შედგენისთვის არ აქვს მნიშვნელობა, როგორი ბმა წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში - იონური თუ კოვალენტური. ამიტომ, სიმარტივისთვის, ჩვენ ვისაუბრებთ ელექტრონების დამატებაზე ან დონაციაზე, ბმის ტიპის მიუხედავად.

რედოქსის რეაქციების განტოლებების შედგენა და კოეფიციენტების შერჩევა. რედოქსის რეაქციის განტოლების შედგენისას საჭიროა განისაზღვროს აღმდგენი აგენტი, ჟანგვის აგენტი და მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობა.

როგორც წესი, კოეფიციენტები შეირჩევა ან ელექტრონული ბალანსის მეთოდით ან ელექტრონ-იონური ბალანსის მეთოდით (ზოგჯერ ამ უკანასკნელს უწოდებენ ნახევრად რეაქციის მეთოდს).

როგორც რედოქს რეაქციების განტოლებების შედგენის მაგალითი, განვიხილოთ პირიტის დაჟანგვის პროცესი კონცენტრირებული აზოტის მჟავით:

პირველ რიგში განვსაზღვროთ რეაქციის პროდუქტები. არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი, ამიტომ გოგირდი დაიჟანგება მაქსიმალურ ჟანგვის მდგომარეობამდე და რკინა, ხოლო შეიძლება შემცირდეს ან. ჩვენ ვირჩევთ.

სად განთავსდება ის (მარცხნივ თუ მარჯვენა მხარეს), ჯერ არ ვიცით.

1. ჯერ გამოვიყენოთ ელექტრონ-იონური ბალანსის მეთოდი. ეს მეთოდი ითვალისწინებს ელექტრონების გადასვლას ერთი ატომიდან ან იონიდან მეორეზე, იმ გარემოს ბუნების გათვალისწინებით (მჟავე, ტუტე ან ნეიტრალური), რომელშიც ხდება რეაქცია. - დაჟანგვისა და შემცირების პროცესების განტოლებების შედგენისას წყალბადისა და ჟანგბადის ატომების რაოდენობის გასათანაბრებლად შეყვანილია წყლის მოლეკულები და წყალბადის იონები (თუ გარემო მჟავეა) ან წყლის მოლეკულები და ჰიდროქსიდის იონები (თუ გარემო ტუტეა). (დამოკიდებულია საშუალოზე). შესაბამისად მიღებულ პროდუქტებში ელექტრონ-იონური განტოლების მარჯვენა მხარეს იქნება წყალბადის იონები და წყლის მოლეკულები (მჟავე გარემო) ან ჰიდროქსიდის იონები და წყლის მოლეკულები (ტუტე გარემო).

ამრიგად, ელექტრონულ-იონური განტოლებების დაწერისას უნდა გამოვიდეთ ხსნარში რეალურად არსებული იონების შემადგენლობიდან. გარდა ამისა, როგორც შემოკლებული იონური განტოლებების მომზადებისას, ნივთიერებები, რომლებიც ოდნავ დისოციაციური, ცუდად ხსნადი ან გათავისუფლებულია გაზის სახით, უნდა დაიწეროს მოლეკულური ფორმით.

განვიხილოთ ჩვენი შემთხვევისთვის ჟანგვის ნახევრად რეაქცია.

მოლეკულა გადაიქცევა იონად, მთლიანად იშლება იონებად, ჩვენ უგულებელყოფთ ჰიდროლიზს) და ორ იონს (დისოციაცია):

ჟანგბადის გასათანაბრებლად დაამატეთ 8 მოლეკულა მარცხენა მხარეს და 16 იონი მარჯვენა მხარეს (მჟავე გარემო!):

მარცხენა მხარეს მუხტი არის 0, მარჯვენა მხარეს მუხტმა უნდა დათმოს 15 ელექტრონი:

ახლა განვიხილოთ ნიტრატის იონის შემცირების ნახევრად რეაქცია:

საჭიროა O ატომს გამოკლება.ამისთვის მარცხენა მხარეს დაამატეთ 4 იონი (მჟავე გარემო), ხოლო მარჯვენა მხარეს 2 მოლეკულა.

მარცხენა მხარეს მუხტის გასათანაბრებლად (დამუხტვა), დაამატეთ 3 ელექტრონი:

საბოლოოდ გვაქვს:

ორივე ნაწილის შემცირებით მივიღებთ რედოქს რეაქციის შემცირებულ იონურ განტოლებას:

განტოლების ორივე მხარეს შესაბამისი რაოდენობის იონების მიმატებით, ჩვენ ვპოულობთ მოლეკულური რეაქციის განტოლებას:

გაითვალისწინეთ, რომ შემოწირული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობის დასადგენად, ჩვენ არასდროს დაგვჭირდა ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის განსაზღვრა. გარდა ამისა, ჩვენ გავითვალისწინეთ გარემოს გავლენა და ავტომატურად განვსაზღვრეთ რა არის განტოლების მარჯვენა მხარეს. რა თქმა უნდა, ეს მეთოდი ბევრად უფრო შეესაბამება ქიმიურ გრძნობას, ვიდრე ელექტრონული ბალანსის სტანდარტული მეთოდი, თუმცა ეს უკანასკნელი გარკვეულწილად უფრო ადვილი გასაგებია.

2. ამ რეაქციის გათანაბრება ელექტრონული ბალანსის მეთოდით. აღდგენის პროცესი აღწერილია მარტივად:

დაჟანგვის სქემის შედგენა უფრო რთულია, რადგან ერთდროულად იჟანგება 2 ელემენტი - Fe და S. შეგიძლიათ რკინის ჟანგვის მდგომარეობა მიაწეროთ გოგირდს და გაითვალისწინოთ, რომ 1 Fe ატომზე ორი S ატომია:

თუმცა, შესაძლებელია უარი თქვან ჟანგვის მდგომარეობების განსაზღვრაზე და ჩამოვწეროთ სქემის მსგავსი სქემა (7.1):

მარჯვენა მხარეს აქვს მუხტი +15, მარცხენა მხარეს აქვს მუხტი 0, ამიტომ მან უნდა დათმოს 15 ელექტრონი. ჩაწერეთ მთლიანი ბალანსი:

5 მოლეკულა მიდის დაჟანგვამდე და ფორმირებისთვის საჭიროა კიდევ 3 მოლეკულა

წყალბადისა და ჟანგბადის გასათანაბრებლად, დაამატეთ 2 მოლეკულა მარჯვენა მხარეს:

ელექტრონულ-იონური ბალანსის მეთოდი უფრო მრავალმხრივია, ვიდრე ელექტრონული ბალანსის მეთოდი და აქვს უდაო უპირატესობა კოეფიციენტების შერჩევისას ბევრ რედოქს რეაქციაში, კერძოდ, ორგანული ნაერთების მონაწილეობით, რომლებშიც ჟანგვის მდგომარეობების განსაზღვრის პროცედურაც კი არის ძალიან. რთული.

განვიხილოთ, მაგალითად, ეთილენის დაჟანგვის პროცესი, რომელიც ხდება კალიუმის პერმანგანატის წყალხსნარში გავლისას. შედეგად, ეთილენი იჟანგება ეთილენგლიკოლამდე, ხოლო პერმანგანატი იშლება მანგანუმის (IV) ოქსიდამდე, გარდა ამისა, როგორც აშკარა იქნება საბოლოო ბალანსის განტოლებიდან, კალიუმის ჰიდროქსიდი ასევე წარმოიქმნება მარჯვნივ:

მსგავსი ტერმინების აუცილებელი შემცირების განხორციელების შემდეგ განტოლებას ვწერთ საბოლოო მოლეკულური ფორმით

რედოქსის რეაქციების რაოდენობრივი მახასიათებლები. რიგი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალი. რეალურ პირობებში ნებისმიერი რედოქსის რეაქციის წარმოქმნის შესაძლებლობა განპირობებულია მრავალი მიზეზით: ტემპერატურა, ჟანგვის აგენტისა და აღმდგენი აგენტის ბუნება, გარემოს მჟავიანობა, რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების კონცენტრაცია და ა.შ.

შეიძლება რთული იყოს ყველა ამ ფაქტორის გათვალისწინება, მაგრამ, გახსოვდეთ, რომ ნებისმიერი რედოქსული რეაქცია მიმდინარეობს ელექტრონების გადაცემით შემცირების აგენტიდან ჟანგვის აგენტზე, შესაძლებელია ასეთი რეაქციის შესაძლებლობის კრიტერიუმის დადგენა.

რედოქს პროცესების რაოდენობრივი მახასიათებლებია ჟანგვის აგენტებისა და აღმდგენი საშუალებების ნორმალური რედოქს პოტენციალი (ან ელექტროდის სტანდარტული პოტენციალი).

ასეთი პოტენციალების ფიზიკურ-ქიმიური მნიშვნელობის გასაგებად აუცილებელია ელექტროქიმიური პროცესების ე.წ.

ქიმიურ პროცესებს, რომელსაც თან ახლავს ელექტრული დენის გამოჩენა ან გამოწვეულია, ელექტროქიმიური ეწოდება.

ელექტროქიმიური პროცესების ბუნების გასაგებად, ჩვენ მივმართავთ რამდენიმე საკმაოდ მარტივ სიტუაციას. წარმოიდგინეთ წყალში ჩაძირული ლითონის ფირფიტა. პოლარული წყლის მოლეკულების მოქმედებით ლითონის იონები იშლება ფირფიტის ზედაპირიდან და ატენიანდება, ისინი გადადიან თხევად ფაზაში. ამ შემთხვევაში ეს უკანასკნელი დადებითად დამუხტული ხდება და ლითონის ფირფიტაზე ჩნდება ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა. რაც უფრო შორს მიდის პროცესი, მით უფრო დიდი ხდება როგორც ფირფიტის, ასევე თხევადი ფაზის მუხტი.

ხსნარის კათიონებისა და ჭარბი მეტალის ელექტრონების ელექტროსტატიკური მიზიდულობის გამო ფაზის საზღვარზე ჩნდება ეგრეთ წოდებული ელექტრული ორმაგი ფენა, რომელიც აფერხებს ლითონის იონების შემდგომ გადასვლას თხევად ფაზაში. დაბოლოს, დგება მომენტი, როდესაც წონასწორობა დამყარებულია ხსნარსა და ლითონის ფირფიტას შორის, რაც შეიძლება გამოისახოს განტოლებით:

ან ხსნარში იონების ჰიდრატაციის გათვალისწინებით:

ამ წონასწორობის მდგომარეობა დამოკიდებულია ლითონის ბუნებაზე, მისი იონების კონცენტრაციაზე ხსნარში, ტემპერატურასა და წნევაზე.

როდესაც ლითონი ჩაეფლო არა წყალში, არამედ ამ ლითონის მარილის ხსნარში, წონასწორობა გადადის მარცხნივ ლე შატელიეს პრინციპის შესაბამისად და რაც მეტია ლითონის იონების კონცენტრაცია ხსნარში, მით მეტია. აქტიური ლითონები, რომელთა იონებს აქვთ ხსნარში შეღწევის კარგი უნარი, ამ შემთხვევაში უარყოფითად დამუხტული იქნებიან, თუმცა უფრო მცირე რაოდენობით, ვიდრე სუფთა წყალში.

წონასწორობა (7.2) შეიძლება გადაიტანოს მარჯვნივ, თუ ელექტრონები ამა თუ იმ გზით მოიხსნება ლითონისგან. ეს დაშლის ლითონის ფირფიტას. პირიქით, თუ ელექტრონები ლითონის ფირფიტაზე მიიტანენ გარედან, მაშინ მასზე ხსნარიდან იონები დაილექება.

როგორც უკვე აღვნიშნეთ, როდესაც ლითონი ხსნარში ჩაეფლო, ფაზის საზღვარზე წარმოიქმნება ორმაგი ელექტრული ფენა. პოტენციურ განსხვავებას, რომელიც ხდება მეტალსა და მიმდებარე თხევად ფაზას შორის, ეწოდება ელექტროდის პოტენციალს. ეს პოტენციალი დამახასიათებელია ლითონის რედოქსუნარიანობისთვის მყარი ფაზის სახით.

გაითვალისწინეთ, რომ იზოლირებულ ლითონის ატომში (მონატომური ორთქლის მდგომარეობა, რომელიც წარმოიქმნება მაღალ ტემპერატურაზე და იშვიათობის მაღალ ხარისხზე), რედოქსის თვისებები ხასიათდება განსხვავებული მნიშვნელობით, რომელსაც ეწოდება იონიზაციის პოტენციალი. იონიზაციის პოტენციალი არის ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის იზოლირებული ატომიდან გამოსაყოფად.

ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობის პირდაპირ გაზომვა შეუძლებელია. ამავდროულად, არ არის რთული ელექტროდის პოტენციალის სხვაობის გაზომვა, რომელიც ხდება სისტემაში, რომელიც შედგება ლითონის ხსნარის ორი წყვილისაგან. ასეთ წყვილებს ნახევრად ელემენტებს უწოდებენ. ჩვენ შევთანხმდით, რომ განვსაზღვროთ ლითონების ელექტროდული პოტენციალი ეგრეთ წოდებული სტანდარტული წყალბადის ელექტროდთან მიმართებაში, რომლის პოტენციალი თვითნებურად აღებულია ნულის სახით. სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი შედგება სპეციალურად მომზადებული პლატინის ფირფიტისგან, რომელიც ჩაეფლო მჟავა ხსნარში წყალბადის იონების კონცენტრაციით და გარეცხილი წყალბადის გაზის ნაკადით Pa წნევის ქვეშ, ტემპერატურაზე.

პოტენციალის გაჩენა სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდზე შეიძლება წარმოვიდგინოთ შემდეგნაირად. აირისებრი წყალბადი, რომელიც შეიწოვება პლატინის მიერ, გადადის ატომურ მდგომარეობაში:

ფირფიტის ზედაპირზე წარმოქმნილ ატომურ წყალბადს, წყალბადის იონებს ხსნარში და პლატინას (ელექტრონებს!) შორის რეალიზებულია დინამიური წონასწორობის მდგომარეობა:

მთლიანი პროცესი გამოიხატება განტოლებით:

პლატინა არ მონაწილეობს რედოქს პროცესში, მაგრამ მხოლოდ ატომური წყალბადის მატარებელია.

თუ მისი მარილის ხსნარში ჩაძირული ლითონის ფირფიტა ლითონის იონების კონცენტრაციით, რომელიც უდრის 1 მოლ/ლ-ს, უკავშირდება სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდს, მაშინ მიიღება გალვანური უჯრედი. ამ ელემენტის ელექტრომამოძრავებელი ძალა (EMF), რომელიც იზომება და ახასიათებს ლითონის სტანდარტულ ელექტროდურ პოტენციალს, რომელიც ჩვეულებრივ აღინიშნება როგორც.

ცხრილი 7.1 გვიჩვენებს ზოგიერთი ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალის მნიშვნელობებს. ელექტროდების სტანდარტულ პოტენციალებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები წყალბადთან მიმართებაში, აქვთ "-" ნიშანი, ხოლო "+" ნიშანი აღნიშნავს ელექტროდების სტანდარტულ პოტენციალებს, რომლებიც წარმოადგენენ ჟანგვის აგენტებს.

ლითონები, განლაგებული მათი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალის აღმავალი თანმიმდევრობით, ქმნიან ლითონის ძაბვების ეგრეთ წოდებულ ელექტროქიმიურ სერიას:

რიგი სტრესები ახასიათებს ლითონების ქიმიურ თვისებებს:

1. რაც უფრო უარყოფითია ლითონის ელექტროდის პოტენციალი, მით მეტია მისი შემცირების უნარი.

2. თითოეულ ლითონს შეუძლია მარილის ხსნარებიდან გადაანაცვლოს (აღადგინოს) ის ლითონები, რომლებიც მის შემდეგ ლითონის ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაშია.

3. უარყოფითი სტანდარტული ელექტროდული პოტენციალის მქონე ყველა ლითონი, ე.ი. მდებარე ლითონების ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაში წყალბადის მარცხნივ, შეუძლიათ მისი გადაადგილება მჟავა ხსნარებიდან.

აღსანიშნავია, რომ წარმოდგენილი სერია ახასიათებს ლითონებისა და მათი მარილების ქცევას მხოლოდ წყალხსნარებში და ოთახის ტემპერატურაზე. გარდა ამისა, გასათვალისწინებელია, რომ ცხრილში მითითებული სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალი ითვალისწინებს ამა თუ იმ იონის ურთიერთქმედების თავისებურებებს გამხსნელის მოლეკულებთან. ამან შეიძლება დაარღვიოს ლითონების მოწყობის ზოგიერთი მოსალოდნელი ნიმუში ლითონის ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაში. მაგალითად, ლითონების ძაბვის ელექტროქიმიური სერია იწყება ლითიუმით, ხოლო რუბიდიუმი და კალიუმი, რომლებიც ქიმიურად უფრო აქტიურია, ლითიუმის მარჯვნივ მდებარეობს. ეს გამოწვეულია ლითიუმის იონის ჰიდრატაციის პროცესის განსაკუთრებული ენერგიის გამო, სხვა ტუტე ლითონის იონებთან შედარებით.

ამავდროულად, ცხრილი 7.1 გვიჩვენებს სტანდარტული რედოქსის პოტენციალებს, რომლებიც გაზომილი იყო (7.3) ტიპის არალითონური სისტემებისთვის, რომლებიც წონასწორობაში არიან ნორმალურ წყალბადის ელექტროდთან მიმართებაში.

ცხრილი გვიჩვენებს შემდეგი ზოგადი ფორმის შემცირების ნახევარრეაქციებს:

როგორც ლითონების ღირებულების განსაზღვრის შემთხვევაში, არალითონების მნიშვნელობები იზომება 25 ° C ტემპერატურაზე და წონასწორობაში მონაწილე ყველა ატომური და მოლეკულური სახეობის კონცენტრაციით, რომელიც ტოლია 1 მოლ/ლ.

ცხრილი 7.1. სტანდარტული რედოქსის პოტენციალი 25 °C (298 K)

(იხილეთ სკანირება)

სტანდარტული რედოქს პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობა ახასიათებს შესაბამისი დაჟანგული ფორმის ჟანგვის აქტივობას. ამიტომ, სტანდარტული რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობების შედარება საშუალებას გვაძლევს ვუპასუხოთ კითხვას: ხდება თუ არა ესა თუ ის რედოქს რეაქცია?

ასე რომ, ჰალოგენური იონების დაჟანგვის ყველა ნახევრად რეაქცია თავისუფალ ჰალოგენებამდე

შეიძლება განხორციელდეს სტანდარტულ პირობებში ტყვიის (IV) ოქსიდის ან კალიუმის პერმანგანატის, როგორც ჟანგვის აგენტის გამოყენებით. კალიუმის დიქრომატის გამოყენებისას შეიძლება განხორციელდეს მხოლოდ რეაქციები (7.5) და (7.6). დაბოლოს, აზოტის მჟავის, როგორც ჟანგვის აგენტის გამოყენება იძლევა მხოლოდ ნახევრად რეაქციას იოდიდის იონების მონაწილეობით (7.6).

ამრიგად, რაოდენობრივი კრიტერიუმი კონკრეტული რედოქსის რეაქციის შესაძლებლობის შესაფასებლად არის დაჟანგვის და შემცირების ნახევარრეაქციის სტანდარტულ რედოქს პოტენციალებს შორის სხვაობის დადებითი მნიშვნელობა.

ქიმიურ რეაქციებს, რომლებიც წარმოიქმნება ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებით, ეწოდება რედოქს რეაქციებს.

ჟანგვა-აღდგენის თეორიის ძირითადი დებულებები

1. ატომის ან იონის მიერ ელექტრონების შემოწირულობის პროცესს ოქსიდაცია ეწოდება:

S 0 - 4e - ® S 4+ (დაჟანგვა)

ატომს ან იონს, რომელიც აძლევს ელექტრონებს, ეწოდება აღმდგენი აგენტი (რედუქტორული): Zn 0 -2e - ® Zn 2+ (დაჟანგვა).

2. ატომში ან იონში ელექტრონების დამატების პროცესს ეწოდება აღდგენა: S 6+ + 8e - ® S 2- (აღდგენა).

ატომებს ან იონებს, რომლებიც იღებენ ელექტრონებს, ეწოდება ჟანგვის აგენტები (ოქსიდიზატორი): Cl - + e - ® Cl 0 (რედუქცია).

რეაქციის დროს ჟანგვის აგენტი მცირდება, ხოლო აღმდგენი აგენტი იჟანგება. დაჟანგვა შეუძლებელია მასთან ერთდროული შემცირების გარეშე და პირიქით, ერთი ნივთიერების შემცირება შეუძლებელია მეორის ერთდროული დაჟანგვის გარეშე.

3. რედოქს პროცესებში ჟანგვის პროცესში დათმობილი ელექტრონების რაოდენობა ყოველთვის უნდა იყოს შემცირების პროცესში მიღებული ელექტრონების რაოდენობის ტოლი.

მაგალითი:

Cu 2+ O 2- + H 2 0 \u003d Cu 0 + H 2 O 2-

ოქსიდიზატორი Cu 2+ +2e - ® Cu 0 შემცირება

შემცირების აგენტი H 2 0 - 2e - ® 2H + დაჟანგვა

4. მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობის გათანაბრება ხდება ელექტრონული ბალანსის განტოლების წინასწარი შედგენით კოეფიციენტების შერჩევით.

მაგალითი:

Pb 2+ S 2- + HNO 3 ® S 0 + Pb 2+ (NO 3) 2 + N 2+ O 2- + H 2 O

შემცირების აგენტი S 2- - 2e - ® S 0 3 დაჟანგვა

ოქსიდიზატორი N 5+ + 3e - ® N 2+ 2 შემცირება

3PbS + 8HNO 3 ® 3S + 3Pb(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O.

5. ელექტრონული ბალანსის განტოლების შედგენისას აუცილებელია იმდენი ატომიდან ან იონიდან გამოსვლა, რამდენიც ისინი შედის საწყისი ნივთიერების მოლეკულაში, ზოგჯერ კი რეაქციის პროდუქტების მოლეკულაში.

მაგალითი:

K 2 Cr 2 6+ O 7 + H 2 SO 4 + KJ - ® J 2 0 + Cr 2 3+ (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

ოქსიდიზატორი 2Cr 6+ + 6e - ® 2Cr 3+ 2 1 შემცირება

შემცირების საშუალება 2J - - 2e - ® J 2 0 6 3 დაჟანგვა

6. რედოქს პროცესები ყველაზე ხშირად ხდება გარემოს არსებობისას: ნეიტრალური, მჟავე ან ტუტე.

კოეფიციენტების შერჩევა რედოქს რეაქციებში

კოეფიციენტების არჩევისას უნდა გავითვალისწინოთ ძირითადი პოზიცია: შემცირების შედეგად გამოყოფილი ელექტრონების რაოდენობა უდრის დაჟანგვის შედეგად მიღებული ელექტრონების რაოდენობას.

ჟანგვის აგენტის, აღმდგენი აგენტის იდენტიფიცირების შემდეგ, შედგენილია ელექტრონების გადასვლის ციფრული სქემა (ელექტრონული ბალანსის განტოლება) შესაბამის რეაქციის თანასწორობამდე.

მაგალითი 1 Al + Cl 2 ® AlCl 3 , სადაც ალ – შემცირების აგენტი, Cl 2 - დაჟანგვის აგენტი.

ელექტრონული გადასვლის სქემა:

Al 0 - 3e - ® Al +3 3 1 დაჟანგვა

Cl 0 + e - ® Cl 1 1 3 შემცირება

ამ დიაგრამადან ჩანს, რომ ერთი დაჟანგული ალუმინის ატომისთვის სამი ელექტრონის მისაღებად საჭიროა ქლორის სამი ატომი (იხ. მეორე სვეტი). მაშასადამე, ყოველი ალუმინის ატომისთვის საჭიროა ქლორის სამი ატომი, ან ალუმინის ყოველ ორ ატომზე სამი ქლორის მოლეკულა. ჩვენ ვიღებთ კოეფიციენტებს:

2Al + 3Cl 2 \u003d AlCl 3.

მაგალითი 2 N 3- H 3 + O 0 2 ® N 2+ O 2- + H 2 O, სადაც O 2 არის ტიპიური ჟანგვის აგენტი და N 3- H 3 ასრულებს შემცირების როლს.

ჩვენ ვადგენთ სქემას (ელექტრონული ბალანსი):

N 3- - 5e - ® N +2 5 2 4 დაჟანგვა

O 0 + 2e - ® O -2 2 5 10 შემცირება

აზოტის 4 ატომისთვის საჭიროა 10 ატომი ან 5 ჟანგბადის მოლეკულა. ჩვენ ვიღებთ კოეფიციენტებს:

4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O.

რედოქს რეაქციების ტოლობების შედგენის განსაკუთრებული შემთხვევები

1. თუ რეაქციაში შემამცირებელი აგენტის მიერ დაკარგული ელექტრონების რაოდენობა და ჟანგვის აგენტის მიერ მიღებული ელექტრონების რაოდენობა ლუწი რიცხვებია, მაშინ კოეფიციენტების პოვნისას ელექტრონების რაოდენობა იყოფა საერთო უდიდეს გამყოფზე.

მაგალითი:

H 2 SO 3 + HClO 3 ® H 2 SO 4 + HCl

Reductant S +4 - 2e - ® S +6 6 3 დაჟანგვა

ჟანგვის აგენტიCl +5 + 6e - ® Cl - 2 1 შემცირება

შემცირების და ჟანგვის აგენტის კოეფიციენტები არ იქნება 2 და 6, არამედ 1 და 3:

3H 2 SO 3 + 3HClO 3 \u003d 3H 2 SO 4 + HCl.

თუ აღმდგენი აგენტის მიერ დაკარგული და ჟანგვითი აგენტის მიერ მოპოვებული ელექტრონების რაოდენობა კენტია და რეაქციის შედეგად ატომების ლუწი რაოდენობა უნდა მივიღოთ, მაშინ კოეფიციენტები გაორმაგდება.

მაგალითი:

KJ - + KMn +7 O 4 + H 2 S +6 O 4 ® J o 2 + K 2 S +6 O 4 + Mn +2 SO 4 + H 2 O

შემცირების საშუალება J - -1e - ® J o 5 10 დაჟანგვა

ჟანგვის აგენტისა და შემცირების კოეფიციენტები არ იქნება 1 და 5, არამედ 2 და 10:

10KJ + 2KMnO 4 + 8H 2 SO 4 = 5J 2 + 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 8H 2 O.

2. ზოგჯერ რეაქციის შედეგად წარმოქმნილი პროდუქტების დასაკავშირებლად დამატებით მოიხმარენ შემამცირებელ ან ჟანგვის აგენტს.

მაგალითი:

HBr - + KMn +7 O 4 + HBr ®Br 0 2 + KBr - + Mn +2 Br 2 0 + H 2 O

შემცირების საშუალება Br - - e - ® Br 0 5 10 დაჟანგვა

ჟანგვის აგენტი Mn +7 + 5e - ® Mn +2 1 2 შემცირება

ამ რეაქციაში, ათი HBr მოლეკულა რეაგირებს როგორც შემცირების აგენტი, და ექვსი HBr მოლეკულა საჭიროა მიღებული ნივთიერებების დასაკავშირებლად (მარილების წარმოქმნა):

10HBr + 2KMnO 4 + 6HBr = 5Br 2 + 2KBr + 2MnBr 2 + 8H 2 O.

3. აღმდგენი აგენტის მოლეკულის დადებითი და უარყოფითი იონები ერთდროულად იჟანგება.

მაგალითი:

როგორც 2 +3 S 3 -2 + HN +5 O 3 ® H 3 როგორც +5 O 4 + H 2 S +6 O 4 + N +2 O + H 2 O

აქ As +3 იონები იჟანგება As 2 +3 იონამდე და ამავე დროს S -2 იონები იჟანგება S +6 იონებამდე და N +5 ანიონები მცირდება N +2-მდე.

2As +3 - 4e - ® 2As +5

შემცირების აგენტები 3S -2 - 24e - ® 3S +6 დაჟანგვა

ოქსიდანტი N +5 + 3e - ® N +2 შემცირება

ამ რეაქციაში ყოველ სამ As 2 S 3 მოლეკულაზე რეაგირებს 28 HNO 3 მოლეკულა. რეაქციის განტოლებების ფორმულირების სისწორეს ვამოწმებთ მარჯვენა და მარცხენა ნაწილებში წყალბადისა და ჟანგბადის ატომების დათვლით. ამრიგად, ჩვენ აღმოვაჩენთ, რომ რეაქციაში შედის კიდევ 4 წყლის მოლეკულა, რომელიც უნდა მიენიჭოს განტოლების მარცხენა მხარეს მისი საბოლოო ჩაწერისთვის:

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O = 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

2As +3 –4e®2As +5 4

3S -2 -24e®3S + 24

შემცირების საშუალებები 2As +3 + 3S -2 - 28e - ®2As +5 + 3S +6 3 დაჟანგვა

ოქსიდიზატორი N +5 + 3e - ®N +2 28 შემცირება

4. აღმდგენი და ჟანგვითი აგენტი არის ერთი და იგივე ელემენტის იონები, მაგრამ შედის სხვადასხვა ნივთიერებებში.

მაგალითი:

KJ - + KJ +5 O 3 + H 2 SO 4 ® J 0 2 + K 2 SO 4 + H 2 O

შემცირების საშუალება J - - e - ® J 0 5 დაჟანგვა

ოქსიდიზატორი J +5 + 5e - ®J 0 1 შემცირება

5KJ + KJO 3 + 3H 2 SO 4 = 3J 2 + 3K 2 SO 4 + 3H 2 O.

5. აღმდგენი და ჟანგვითი აგენტი არის ერთი და იგივე ელემენტის იონები, რომლებიც ერთი და იგივე ნივთიერების ნაწილია (თვითდაჟანგვა – თვითაღდგენა).

მაგალითი:

HN +3 O 2 ® HN +5 O 3 + N +2 O + H 2 O

Reductant N +3 - 2e - ® N +5 1 დაჟანგვა

ოქსიდიზატორი N +3 + e - ® N +2 2 შემცირება

ამიტომ, რეაქციის თანასწორობა

ქიმიური რეაქციების დროს ურთიერთმოქმედ ატომებს შორის ბმების რაოდენობა და ბუნება შეიძლება შეიცვალოს, ე.ი. მოლეკულებში ატომების ჟანგვის მდგომარეობა შეიძლება შეიცვალოს.

რეაქციებს, რომლებიც ცვლის ატომების ჟანგვის მდგომარეობას, რედოქს რეაქციებს უწოდებენ.

რედოქსის რეაქციების მაგალითები (შემოკლებით OVR):

ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილება დაკავშირებულია ელექტრონების გადაადგილებასთან ან გადაცემასთან. იმისდა მიუხედავად, გადადიან ელექტრონები ერთი ატომიდან მეორეში, თუ მხოლოდ ნაწილობრივ აშორებს ერთ-ერთ ატომს, პირობითად საუბარია ელექტრონების დაბრუნებასა და მიმაგრებაზე.

პროცესიბრუნდება ელექტრონებს ატომი ან იონი ეწოდებადაჟანგვა . პროცესიშეერთება ელექტრონებს უწოდებენაღდგენა .

ნივთიერებებს, რომელთა ატომები ან იონები აძლევენ ელექტრონებს, ეწოდება შემცირების აგენტები . რეაქციის დროს ისინი იჟანგება. ნივთიერებები, რომელთა ატომები ან იონები იღებენ ელექტრონებს, ეწოდება ოქსიდიზატორები . რეაქციის დროს ისინი აღდგება.

დაჟანგვისა და შემცირების პროცესები წარმოდგენილია ელექტრონული განტოლებებით, რომლებიც მიუთითებენ ურთიერთქმედება ატომების ჟანგვის მდგომარეობის ცვლილებაზე და შემცირების აგენტის მიერ შემოწირული ან ჟანგვის აგენტის მიერ მიღებული ელექტრონების რაოდენობაზე.

განტოლებების მაგალითები, რომლებიც გამოხატავს ჟანგვის პროცესებს:

აღდგენის პროცესების გამოხატული განტოლებები:

რედოქს რეაქცია არის ერთი პროცესი, რომელშიც დაჟანგვა და შემცირება ერთდროულად ხდება. ერთი ატომის დაჟანგვას ყოველთვის ახლავს მეორის შემცირება და პირიქით. სადაც გენერალი შემცირების აგენტის მიერ მიცემული ელექტრონების რაოდენობა უდრის ჟანგვითი აგენტის მიერ მიმაგრებული ელექტრონების რაოდენობას.

ეკვივალენტთა კანონის მიხედვით რეაქტანტების მასები დაკავშირებულია ერთმანეთთან, როგორც მათი ეკვივალენტების მოლური მასები. ნივთიერების ეკვივალენტური რაოდენობა OVR-ში დამოკიდებულია მის ატომებზე შემოწირული ან მიმაგრებული ელექტრონების რაოდენობაზე; ეკვივალენტის მოლური მასა გამოითვლება ფორმულით:

, (1)

სადაც მარის ნივთიერების მოლური მასა, გ/მოლი

მ ეკვ არის ნივთიერების ეკვივალენტური მოლური მასა, გ/მოლი

- შემოწირული ან მიმაგრებული ელექტრონების რაოდენობა

მაგალითად, რეაქციაში

მანგანუმის ატომი ანიჭებს 5 ელექტრონს, ანუ ექვივალენტურ რაოდენობას
არის 1/5 ჩრჩილი,ხოლო გოგირდის ატომი აძლევს 2 ელექტრონს და ექვივალენტურ რაოდენობას
არის 1/2 მოლი. ეკვივალენტების მოლური მასები შესაბამისად

რედოქსის რეაქციების სახეები

არსებობს სამი სახის ქიმიური რედოქსული რეაქციები: ინტერმოლეკულური, ინტრამოლეკულური და თვით-ჟანგვის-თვითშეხორცების რეაქციები. ცალკე ჯგუფი შედგება ელექტროქიმიური რეაქციებისგან.

1. ინტერმოლეკულური OVR არის რეაქციები, რომლებშიც ჟანგვის აგენტი და აღმდგენი აგენტი სხვადასხვა ნივთიერებებია:

2. ინტრამოლეკულური OVR არის რეაქციები, რომლებშიც იცვლება ერთი მოლეკულის სხვადასხვა ატომის ჟანგვის მდგომარეობა:

3. თვითდაჟანგვა-თვითგანკურნების რეაქციები არის რეაქციები, რომლებშიც ხდება ერთი და იმავე ელემენტის ატომების დაჟანგვა და შემცირება:

4. ელექტროქიმიური რეაქციები არის OVR, რომლის დროსაც ჟანგვის და შემცირების პროცესები სივრცით არის გამიჯნული (ხდება ცალკეულ ელექტროდებზე) და ელექტრონები გადადის აღმდგენი აგენტიდან ჟანგვის აგენტზე გარე ელექტრული წრის მეშვეობით:

რედოქსის რეაქციები, როგორც წესი, რთულია, მაგრამ რეაგენტებისა და რეაქციის პროდუქტების ფორმულების ცოდნით და ატომების დაჟანგვის მდგომარეობების დადგენით, შეგიძლიათ მარტივად მოათავსოთ კოეფიციენტები ნებისმიერი OVR-ის განტოლებაში.

ორგანულ და არაორგანულ ქიმიაში რეაქციის შესაქმნელად გამოიყენება ჟანგვის აგენტი და აღმდგენი საშუალება. განვიხილოთ ასეთი ურთიერთქმედების ძირითადი მახასიათებლები, განსაზღვრეთ განტოლების შედგენისა და კოეფიციენტების მოწყობის ალგორითმი.

განმარტებები

ჟანგვის აგენტი არის ატომი ან იონი, რომელიც სხვა ელემენტებთან ურთიერთობისას იღებს ელექტრონებს. ელექტრონების მიღების პროცესს რედუქცია ეწოდება და ის დაკავშირებულია ჟანგვის მდგომარეობის დაქვეითებასთან.

არაორგანული ქიმიის მსვლელობისას განიხილება კოეფიციენტების მოწყობის ორი ძირითადი მეთოდი. რეაქციებში შემამცირებელი და ჟანგვითი აგენტი განისაზღვრება ელექტრონული ბალანსის შედგენით ან ნახევარრეაქციის მეთოდით. მოდით უფრო დეტალურად ვისაუბროთ OVR-ში კოეფიციენტების მოწყობის პირველ მეთოდზე.

ჟანგვის მდგომარეობები

რეაქციაში ჟანგვის აგენტის დადგენამდე აუცილებელია ტრანსფორმაციაში მონაწილე ნივთიერებებში ყველა ელემენტის ჟანგვის მდგომარეობის მოწყობა. იგი წარმოადგენს ელემენტის ატომის მუხტს, რომელიც გამოითვლება გარკვეული წესების მიხედვით. რთულ ნივთიერებებში ყველა დადებითი და უარყოფითი ჟანგვის მდგომარეობის ჯამი უნდა იყოს ნულის ტოლი. ძირითადი ქვეჯგუფების ლითონებისთვის იგი შეესაბამება ვალენტობას და აქვს დადებითი მნიშვნელობა.

არალითონებისთვის, რომლებიც განლაგებულია ფორმულაში ბოლოში, ხარისხი განისაზღვრება ჯგუფის რიცხვის რვადან გამოკლებით და აქვს უარყოფითი მნიშვნელობა.

მარტივი ნივთიერებებისთვის ის ნულის ტოლია, რადგან არ ხდება ელექტრონების მიღების ან გაცემის პროცესი.

რთული ნაერთებისთვის, რომლებიც შედგება რამდენიმე ქიმიური ელემენტისგან, მათემატიკური გამოთვლები გამოიყენება ჟანგვის მდგომარეობის დასადგენად.

ასე რომ, ჟანგვის აგენტი არის ატომი, რომელიც ურთიერთქმედების პროცესში ამცირებს მის ჟანგვის მდგომარეობას, ხოლო შემცირების აგენტი, პირიქით, ზრდის მის მნიშვნელობას.

RIA მაგალითები

რედოქს რეაქციებში კოეფიციენტების მოწყობასთან დაკავშირებული ამოცანების მთავარი მახასიათებელია დაკარგული ნივთიერებების დადგენა და მათი ფორმულების შედგენა. ჟანგვის აგენტი არის ელემენტი, რომელიც მიიღებს ელექტრონებს, მაგრამ გარდა ამისა, რეაქციაში უნდა მონაწილეობდეს შემამცირებელი აგენტიც, რომელიც ათავისუფლებს მათ.

აქ არის განზოგადებული ალგორითმი, რომელიც შეიძლება გამოყენებულ იქნას ერთიან სახელმწიფო გამოცდაზე საშუალო სკოლის კურსდამთავრებულებისთვის შეთავაზებული ამოცანების შესასრულებლად. განვიხილოთ რამდენიმე კონკრეტული მაგალითი, რათა გავიგოთ, რომ ჟანგვის აგენტი არა მხოლოდ რთული ნივთიერების ელემენტია, არამედ მარტივი ნივთიერებაც.

პირველ რიგში, თქვენ უნდა მოაწყოთ თითოეული ელემენტისთვის ჟანგვის მდგომარეობების მნიშვნელობები გარკვეული წესების გამოყენებით.

შემდეგი, თქვენ უნდა გაანალიზოთ ელემენტები, რომლებიც არ მონაწილეობდნენ ნივთიერებების ფორმირებაში და შეადგინოთ ფორმულები მათთვის. ყველა ხარვეზის აღმოფხვრის შემდეგ, შეგიძლიათ გააგრძელოთ ელექტრონული ბალანსის შედგენის პროცესი ჟანგვის აგენტსა და შემამცირებელ აგენტს შორის. შედეგად მიღებული კოეფიციენტები შეტანილია განტოლებაში, საჭიროების შემთხვევაში, დაამატეთ ისინი იმ ნივთიერებების წინ, რომლებიც არ შედის ბალანსში.

მაგალითად, ელექტრონული ბალანსის მეთოდის გამოყენებით, აუცილებელია შეავსოთ შემოთავაზებული განტოლება, მოათავსოთ საჭირო კოეფიციენტები ფორმულების წინ.

H 2 O 2 + H 2 SO 4 + KMnO 4 \u003d MnSO 4 + O 2 + ... + ...

დასაწყისისთვის, თითოეულისთვის ჩვენ ვადგენთ ჟანგვის მდგომარეობების მნიშვნელობებს, ვიღებთ

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

შემოთავაზებულ სქემაში ისინი ცვლის ჟანგბადს, ისევე როგორც მანგანუმს კალიუმის პერმანგანატში. ამრიგად, ჩვენ ვიპოვნეთ შემამცირებელი და ჟანგვის აგენტი. მარჯვენა მხარეს, არ არის ნივთიერება, რომელშიც კალიუმი იქნება, ამიტომ გამოტოვების ნაცვლად, ჩვენ შევადგენთ მისი სულფატის ფორმულას.

ამ ამოცანის ბოლო ნაბიჯი იქნება კოეფიციენტების განლაგება.

5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 + 2KMnO 4 \u003d 2Mn SO 4 + 5O 2 + 8H 2 O + K 2 SO 4

მჟავები, კალიუმის პერმანგანატი, წყალბადის ზეჟანგი შეიძლება ჩაითვალოს ძლიერ ჟანგვის აგენტებად. ყველა ლითონი ავლენს შემცირების თვისებებს, რეაქციებში გადაიქცევა კატიონებად დადებითი მუხტით.

დასკვნა

უარყოფითი ელექტრონების მიღებასა და დაბრუნებასთან დაკავშირებული პროცესები ხდება არა მხოლოდ არაორგანულ ქიმიაში. მეტაბოლიზმი, რომელიც ხორციელდება ცოცხალ ორგანიზმებში, ორგანულ ქიმიაში რედოქსული რეაქციების მიმდინარეობის ნათელი ვარიანტია. ეს ადასტურებს განხილული პროცესების მნიშვნელობას, მათ შესაბამისობას ცოცხალ და უსულო ბუნებასთან.

თეორიული ქიმიის საფუძვლები

10. რედოქსის რეაქციები

რედოქსის რეაქციები ხსნარებში.

დაჟანგვა

- არის ატომის, მოლეკულის ან იონისგან ელექტრონების დონაციის პროცესი. თუ ატომი დათმობს ელექტრონებს, მაშინ ის იძენს დადებით მუხტს: l - , თმობს 1 ელექტრონს, შემდეგ ხდება ნეიტრალური ატომი:

რედუქცია არის ატომში, მოლეკულაში ან იონში ელექტრონების დამატების პროცესი.

თუ ატომი იძენს ელექტრონებს, შემდეგ ის იქცევა უარყოფითად დამუხტულ იონად:

თუ დადებითად დამუხტული იონი იღებს ელექტრონებს, მაშინ მისი მუხტი მცირდება:

ან შეიძლება გადავიდეს ნეიტრალურ ატომში:

ჟანგვის აგენტი
ელექტრონების მიღება. რესტავრატორი არის ატომი, მოლეკულა ან იონი, ელექტრონების დონაცია.

ჟანგვის აგენტი

რეაქციის დროს მცირდება, აღმდგენი აგენტი იჟანგება.

სტოიქიომეტრიული კოეფიციენტების განსაზღვრა რედოქსის რეაქციების განტოლებებში. რედოქსის რეაქციის განტოლების შედგენისას საჭიროა განისაზღვროს აღმდგენი აგენტი, ჟანგვის აგენტი და მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობა. როგორც წესი, კოეფიციენტები შეირჩევა რომელიმე მეთოდის გამოყენებით ელექტრონული ბალანსი

, რომელიმე მეთოდით ელექტრონ-იონის ბალანსი (ზოგჯერ ამ უკანასკნელს მეთოდს უწოდებენ ნახევარი რეაქციები ).

როგორც რედოქსული რეაქციების განტოლებების შედგენის მაგალითი, განვიხილოთ პირიტის დაჟანგვის პროცესი კონცენტრირებული აზოტის მჟავით.

უპირველეს ყოვლისა, ჩვენ განვსაზღვრავთ რეაქციის პროდუქტებს.

HNO3 არის ძლიერი ჟანგვის აგენტი, ამიტომ გოგირდი დაიჟანგება მაქსიმალურ დაჟანგვის მდგომარეობამდე S 6+ და რკინა - Fe 3+-მდე, ხოლო HNO 3 შეუძლია აღდგეს მდე N0 ან NO 2. ჩვენ ვირჩევთ N O:

სად განთავსდება

H2O (მარცხნივ ან მარჯვენა მხარეს), ჯერ არ ვიცით.

1. ჯერ მიმართეთ ელექტრონ-იონური ბალანსის მეთოდი

(ნახევარი რეაქციები). ეს მეთოდი ითვალისწინებს ელექტრონების გადასვლას ერთი ატომიდან ან იონიდან მეორეზე, იმ გარემოს ბუნების გათვალისწინებით (მჟავე, ტუტე ან ნეიტრალური), რომელშიც ხდება რეაქცია.

დაჟანგვისა და შემცირების პროცესების განტოლებების შედგენისას, წყალბადისა და ჟანგბადის ატომების რაოდენობის გასათანაბრებლად, შეყვანილია წყლის მოლეკულები და წყალბადის იონები (დამოკიდებულია საშუალოზე) (თუ გარემო მჟავეა),ან წყლის მოლეკულები და ჰიდროქსიდის იონები (თუ საშუალება ტუტეა).შესაბამისად მიღებულ პროდუქტებში ელექტრონ-იონური განტოლების მარჯვენა მხარეს იქნება წყალბადის იონები და წყლის მოლეკულები (მჟავე გარემო) ან ჰიდროქსიდის იონები და წყლის მოლეკულები (ტუტე გარემო).

ე.ი. ელექტრონულ-იონური განტოლებების დაწერისას უნდა გამოვიდეთ ხსნარში რეალურად არსებული იონების შემადგენლობიდან.გარდა ამისა, როგორც შემოკლებული იონური განტოლებების მომზადებისას, ნივთიერებები ცუდად დისოცირებულნი, ცუდად ხსნადი ან გაზის სახით გამოიყოფა. უნდა დაიწეროს მოლეკულური ფორმით.

განვიხილოთ ჩვენი შემთხვევისთვის ჟანგვის ნახევრად რეაქცია. მოლეკულა

FeS 2 გადაიქცევა Fe იონად 3+ (F e (N O 3) 3 მთლიანად იშლება იონებად, ჰიდროლიზი უგულებელყოფილია) და ორ იონად SO 4 2 - (H 2 SO 4-ის დისოციაცია):

ჟანგბადის გასათანაბრებლად, მარცხენა მხარეს დაამატეთ 8 H მოლეკულა

2 ოჰ, და მარჯვნივ - 16 H იონი+ (მჟავა საშუალო):

მარცხენა მხარეს დამუხტვა არის 0, მარჯვენა მხარეს არის +15, ასე რომ

FeS 2 უნდა გაიღოს 15 ელექტრონი:

ახლა განვიხილოთ ნიტრატის იონის შემცირების ნახევრად რეაქცია:

უნდა ჩამოერთვას

N O 3 2 O ატომი. ამისათვის დაამატეთ 4 H იონი მარცხენა მხარეს 1+ (მჟავე გარემო), ხოლო მარჯვნივ - 2 H მოლეკულა 2 O:

მარცხენა მხარეს დამუხტვის გასათანაბრებლად (დამუხტ

+3) დაამატეთ 3 ელექტრონი:

საბოლოოდ გვაქვს:

ორივე ნაწილის შემცირება 16N-ით

+ და 8Н 2 ოჰ, ჩვენ ვიღებთ რედოქს რეაქციის შემცირებულ იონურ განტოლებას:

განტოლების ორივე მხარეს შესაბამისი რაოდენობის იონების მიმატებით

NO 3 - და H+ ჩვენ ვპოულობთ მოლეკულური რეაქციის განტოლებას:

გთხოვთ გაითვალისწინოთ, რომ არასოდეს დაგჭირდათ ელემენტების ჟანგვის მდგომარეობის განსაზღვრა მოცემული და მიღებული ელექტრონების რაოდენობის დასადგენად. გარდა ამისა, გავითვალისწინეთ გარემოს გავლენა და ავტომატურად დავადგინეთ, რომ ჰ

2 O არის განტოლების მარჯვენა მხარეს. ეჭვგარეშეა, რომ ეს მეთოდი ბევრად უფრო შეესაბამება ქიმიურ გრძნობას, ვიდრე ელექტრონული ბალანსის სტანდარტული მეთოდი,თუმცა ეს უკანასკნელი გარკვეულწილად უფრო ადვილი გასაგებია.

2. ამ რეაქციას ვათანასწორებთ მეთოდით ელექტრონული ბალანსი . აღდგენის პროცესი აღწერილია:

ჟანგვის სქემის შედგენა უფრო რთულია, რადგან ორი ელემენტი ერთდროულად იჟანგება -

ფე და ს. შესაძლებელია რკინას მივაწეროთ ჟანგვის მდგომარეობა 2+, გოგირდისთვის 1- და გავითვალისწინოთ, რომ Fe ატომზე ორი S ატომია:

თუმცა, შესაძლებელია ჟანგვის მდგომარეობების განსაზღვრის გარეშე და ჩაწეროთ სქემა მსგავსი სქემით.

მარჯვენა მხარეს აქვს მუხტი +15, მარცხენა მხარეს აქვს მუხტი 0, ასე რომ

FeS 2 უნდა აჩუქოს 15 ელექტრონი. ჩაწერეთ მთლიანი ბალანსი:

ხუთი HNO მოლეკულა

3 აპირებს დაჟანგვას FeS2, და კიდევ სამი მოლეკულა HNO3 განათლებისთვის აუცილებელია Fe (N O 3) 3:

წყალბადისა და ჟანგბადის გასათანაბრებლად, დაამატეთ ორი H მოლეკულა მარჯვენა მხარეს

2 O:

ელექტრონულ-იონური ბალანსის მეთოდი უფრო მრავალმხრივია, ვიდრე ელექტრონული ბალანსის მეთოდი და აქვს უდაო უპირატესობა კოეფიციენტების შერჩევისას.

in ბევრი რედოქსული რეაქცია, კერძოდ, ორგანული ნაერთების მონაწილეობით, რომლებშიც ჟანგვის მდგომარეობების განსაზღვრის პროცედურაც კი ძალიან რთულია.

განვიხილოთ, მაგალითად, ეთილენის დაჟანგვის პროცესი, რომელიც ხდება კალიუმის პერმანგანატის წყალხსნარში გავლისას. შედეგად, ეთილენი იჟანგება ეთილენგლიკოლად HO-

CH 2 - CH 2 -OH და პერმანგანატი იშლება მანგანუმის (IV) ოქსიდამდე, გარდა ამისა, როგორც საბოლოო ბალანსის განტოლებიდან ირკვევა, კალიუმის ჰიდროქსიდი ასევე წარმოიქმნება მარჯვნივ:

რედოქსის რეაქციების სტანდარტული პოტენციალი.
რეალურ პირობებში ნებისმიერი რედოქს რეაქციის წარმოქმნის შესაძლებლობა განპირობებულია მრავალი მიზეზით: ტემპერატურა, ჟანგვის და აღმდგენი აგენტის ბუნება, გარემოს მჟავიანობა, რეაქციაში მონაწილე ნივთიერებების კონცენტრაცია და ა.შ. რთულია ყველა ამ ფაქტორების გათვალისწინება, მაგრამ, გვახსოვდეს, რომ ნებისმიერი რედოქსული რეაქცია მიმდინარეობს ელექტრონების გადაცემით შემცირების აგენტიდან ჟანგვის აგენტზე, შესაძლებელია ასეთი რეაქციის შესაძლებლობის კრიტერიუმის დადგენა.

რედოქს პროცესების რაოდენობრივი მახასიათებლებია ჟანგვის და აღმდგენი საშუალებების ნორმალური რედოქს პოტენციალი (ან სტანდარტული პოტენციალიელექტროდები).

ელექტროქიმიური პროცესების ბუნების გასაგებად, ჩვენ მივმართავთ რამდენიმე საკმაოდ მარტივ სიტუაციას. წარმოიდგინეთ წყალში ჩაძირული ლითონის ფირფიტა. პოლარული წყლის მოლეკულების მოქმედებით ლითონის იონები იშლება ფირფიტის ზედაპირიდან და ატენიანდება, ისინი გადადიან თხევად ფაზაში. ამ შემთხვევაში ეს უკანასკნელი დადებითად დამუხტული ხდება და ლითონის ფირფიტაზე ჩნდება ელექტრონების ჭარბი რაოდენობა. რაც უფრო წინ მიიწევს პროცესი, მით უფრო დიდი ხდება მუხტი.

, როგორც ფირფიტა, ასევე თხევადი ფაზა.

ან ხსნარში იონების ჰიდრატაციის გათვალისწინებით:

ამ წონასწორობის მდგომარეობა დამოკიდებულია ლითონის ბუნებაზე, მისი იონების კონცენტრაციაზე ხსნარში, ტემპერატურაზე და

წნევა.

წონასწორობა შეიძლება გადაიტანოს მარჯვნივ, თუ ელექტრონები ამა თუ იმ გზით მოიხსნება ლითონისგან. ეს დაშლის ლითონის ფირფიტას. პირიქით, თუ ელექტრონები ლითონის ფირფიტაზე მიიტანენ გარედან, მაშინ მასზე იონები დაილექება

დან გამოსავალი.

როდესაც მეტალი ჩაეფლო ხსნარში, ფაზის საზღვარზე წარმოიქმნება ორმაგი ელექტრული ფენა. პოტენციურ განსხვავებას, რომელიც ხდება მეტალსა და მიმდებარე თხევად ფაზას შორის, ეწოდება ელექტროდის პოტენციალს. ეს პოტენციალი დამახასიათებელია ლითონის რედოქსუნარიანობისთვის მყარი ფაზის სახით.

ლითონის იზოლირებულ ატომში (მონატომური ორთქლის მდგომარეობა, რომელიც წარმოიქმნება მაღალ ტემპერატურაზე და იშვიათობის მაღალ ხარისხზე), რედოქს თვისებები ხასიათდება განსხვავებული რაოდენობით, რომელსაც ეწოდება იონიზაციის პოტენციალი. იონიზაციის პოტენციალი არის ენერგია, რომელიც საჭიროა ელექტრონის იზოლირებული ატომიდან გამოსაყოფად.

ელექტროდის პოტენციალის აბსოლუტური მნიშვნელობის პირდაპირ გაზომვა შეუძლებელია. ამავდროულად, არ არის რთული ელექტროდის პოტენციალის სხვაობის გაზომვა, რომელიც ხდება სისტემაში, რომელიც შედგება ლითონის ხსნარის ორი წყვილისაგან. ასეთ წყვილებს ეძახიან ნახევარი ელემენტები . ჩვენ შევთანხმდით, რომ განვსაზღვროთ ლითონების ელექტროდული პოტენციალი ეგრეთ წოდებული სტანდარტული წყალბადის ელექტროდთან მიმართებაში, რომლის პოტენციალი თვითნებურად აღებულია ნულის სახით. სტანდარტული წყალბადის ელექტროდი შედგება სპეციალურად მომზადებული პლატინის ფირფიტისგან, რომელიც ჩაეფლო მჟავა ხსნარში წყალბადის იონის კონცენტრაციით 1 მოლ/ლ და გარეცხილი წყალბადის გაზის ჭავლით 10 წნევით.

5 Pa, 25 °C-ზე. რიგი სტანდარტული ელექტროდების პოტენციალი.
თუ მისი მარილის ხსნარში ჩაძირული ლითონის ფირფიტა ლითონის იონების კონცენტრაციით, რომელიც უდრის 1 მოლ/ლ-ს, უკავშირდება სტანდარტულ წყალბადის ელექტროდს, მაშინ მიიღება გალვანური უჯრედი. ახასიათებს ამ ელემენტის ელექტრომამოძრავებელი ძალა (EMF), რომელიც იზომება 25 ° C ტემპერატურაზე ლითონის სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი,ჩვეულებრივ მოიხსენიება როგორც E°.

ელექტროდების სტანდარტულ პოტენციალებს, რომლებიც მოქმედებენ როგორც შემცირების აგენტები წყალბადთან მიმართებაში, აქვთ "-" ნიშანი, ხოლო "+" ნიშანს აქვს ელექტროდების სტანდარტული პოტენციალი, რომლებიც წარმოადგენენ ჟანგვის აგენტებს.

ლითონები, განლაგებული მათი სტანდარტული ელექტროდული პოტენციალის აღმავალი წესით, ქმნიან ე.წ ლითონების ელექტროქიმიური ძაბვის სერია :Li, Rb,კ, ვა Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

რიგი სტრესები ახასიათებს ლითონების ქიმიურ თვისებებს:

3. ყველა ლითონს, რომელსაც აქვს უარყოფითი სტანდარტული ელექტროდის პოტენციალი, ანუ ის, ვინც წყალბადის მარცხნივ ლითონის ძაბვის ელექტროქიმიურ სერიაშია, შეუძლია მისი გადაადგილება მჟავა ხსნარებიდან.

როგორც ლითონების E° მნიშვნელობის განსაზღვრის შემთხვევაში, არალითონების E° მნიშვნელობები იზომება 25°C ტემპერატურაზე და წონასწორობაში მონაწილე ყველა ატომური და მოლეკულური ნაწილაკების კონცენტრაციით, რომელიც უდრის 1 მოლს. /ლ.

სტანდარტული რედოქს პოტენციალის ალგებრული მნიშვნელობა ახასიათებს შესაბამისი დაჟანგული ფორმის ჟანგვის აქტივობას. Ისე სტანდარტული რედოქს პოტენციალის მნიშვნელობების შედარება საშუალებას იძლევა პასუხის გაცემა კითხვაზე: მიმდინარეობს თუ არა ესა თუ ის რედოქსული რეაქცია?

რაოდენობრივი კრიტერიუმია კონკრეტული რედოქსის რეაქციის წარმოქმნის შესაძლებლობის შესაფასებლად დაჟანგვისა და შემცირების ნახევარრეაქციის სტანდარტულ რედოქს პოტენციალებს შორის სხვაობის დადებითი მნიშვნელობა.

ხსნარების ელექტროლიზი.

რედოქსის რეაქციების ერთობლიობას, რომელიც ხდება ელექტროდებზე ელექტროლიტების ხსნარებში ან დნება, როდესაც მათში ელექტრული დენი გადის, ელექტროლიზი ეწოდება.

დენის წყაროს კათოდზე ხდება ელექტრონების გადაცემის პროცესი კატიონებში ხსნარიდან ან დნობიდან, ამიტომ კათოდი არის "რედუქტორი".ანოდზე ელექტრონები შემოწირულია ანიონებით, შესაბამისად ანოდი არის "ოქსიდიზატორი".

ელექტროლიზის დროს, კონკურენტული პროცესები შეიძლება მოხდეს როგორც ანოდზე, ასევე კათოდზე.

როდესაც ელექტროლიზი ტარდება ინერტული (არამოხმარებადი) ანოდის (მაგალითად, გრაფიტის ან პლატინის) გამოყენებით, როგორც წესი, კონკურენციას უწევს ორი ჟანგვითი და ორი შემცირების პროცესი:

ანოდზე - ანიონებისა და ჰიდროქსიდის იონების დაჟანგვა,

კათოდზე - კათიონებისა და წყალბადის იონების შემცირება.

როდესაც ელექტროლიზი ტარდება აქტიური (მოხმარებადი) ანოდის გამოყენებით, პროცესი უფრო რთულდება და ელექტროდებზე კონკურენტული რეაქციებია:

ანოდზე - ანიონებისა და ჰიდროქსიდის იონების დაჟანგვა, ლითონის ანოდური დაშლა - ანოდის მასალა;

კათოდზე - მარილის კათიონის და წყალბადის იონების რედუქცია, ანოდის დაშლის შედეგად მიღებული ლითონის კათიონების შემცირება.

ანოდზე და კათოდზე ყველაზე სავარაუდო პროცესის არჩევისას, უნდა გააგრძელოთ რეაქცია, რომელიც მოითხოვს ენერგიის ნაკლებ მოხმარებას. გარდა ამისა, ინერტული ელექტროდით მარილის ხსნარების ელექტროლიზის დროს ანოდსა და კათოდზე ყველაზე სავარაუდო პროცესის შესარჩევად გამოიყენება შემდეგი წესები:

შემდეგი პროდუქტები შეიძლება ჩამოყალიბდეს ანოდზე: ა) F ანიონების შემცველი ხსნარების ელექტროლიზის დროს - , SO 4 2- , ნდაახლოებით 3 - , RO 4 3 - , ისევე როგორც ტუტე ხსნარებში, გამოიყოფა ჟანგბადი; ბ) ანიონების დაჟანგვის დროს Cლ - , ვ რ - , ᲛᲔ-გამოიყოფა შესაბამისად ქლორი, ბრომი, იოდი;გ) ორგანული მჟავების ანიონების დაჟანგვის დროს ხდება პროცესი:

2. მარილის ხსნარების ელექტროლიზისას, რომლებიც შეიცავს იონებს, რომლებიც განლაგებულია ძაბვის სერიაში Al-დან მარცხნივ.

3+ , წყალბადი გამოიყოფა კათოდზე; თუ იონი მდებარეობს ძაბვის სერიაში წყალბადის მარჯვნივ, მაშინ მეტალი გამოიყოფა კათოდში.

3. იონების შემცველი მარილის ხსნარების ელექტროლიზის დროს, რომლებიც განლაგებულია ძაბვის სერიას შორის

Al + და H + კათოდზე შეიძლება მოხდეს როგორც კათიონის შემცირების, ისე წყალბადის ევოლუციის კონკურენტული პროცესები.

მაგალითისთვის განვიხილოთ სპილენძის ქლორიდის წყალხსნარის ელექტროლიზი ინერტულ ელექტროდებზე. ხსნარში არის Cu იონები.

2+ და 2Cl - , რომლებიც ელექტრული დენის გავლენით მიმართულია შესაბამის ელექტროდებზე:

მეტალის სპილენძი გამოიყოფა კათოდზე, ხოლო ქლორის გაზი გამოიყოფა ანოდზე.

თუ ხსნარის ელექტროლიზის განხილულ მაგალითში

CuCl 2 აიღეთ სპილენძის ფირფიტა ანოდად, შემდეგ სპილენძი გამოიყოფა კათოდში და ანოდში, სადაც ხდება ჟანგვის პროცესები, ნაცვლად C იონების განმუხტვისა.ლ - და ქლორის გამოყოფა აგრძელებს ანოდის (სპილენძის) დაჟანგვას. ამ შემთხვევაში ხდება თავად ანოდის დაშლა და Cu იონების სახითგადადის ხსნარში. ელექტროლიზი CuCl 2 ხსნადი ანოდით შეიძლება ჩაიწეროს შემდეგნაირად:

მარილის ხსნარების ელექტროლიზი ხსნადი ანოდით მცირდება ანოდის მასალის დაჟანგვამდე (მისი დაშლა) და თან ახლავს ლითონის გადატანა ანოდიდან კათოდში. ეს თვისება ფართოდ გამოიყენება ლითონების დაბინძურებისგან გადამუშავებისას (გაწმენდისთვის).

დნობის ელექტროლიზი. მაღალაქტიური ლითონების (ნატრიუმი, ალუმინი, მაგნიუმი, კალციუმი და ა.შ.) მისაღებად, რომლებიც ადვილად ურთიერთობენ წყალთან, გამოიყენება გამდნარი მარილების ან ოქსიდების ელექტროლიზი:

თუ ელექტრული დენი გადის აქტიური ლითონის მარილისა და ჟანგბადის შემცველი მჟავის წყალხსნარში, მაშინ არც ლითონის კათიონები და არც მჟავის ნარჩენების იონები არ გამოიყოფა. წყალბადი გამოიყოფა კათოდზე

და შემდეგ ანოდი - ჟანგბადი და ელექტროლიზი მცირდება წყლის ელექტროლიტურ დაშლამდე.

ელექტროლიტური ხსნარების ელექტროლიზი ენერგიულად უფრო მომგებიანია, ვიდრე დნება, რადგან ელექტროლიტები - მარილები და ტუტეები - დნება ძალიან მაღალ ტემპერატურაზე.

ფარადეის ელექტროლიზის კანონი.

ელექტრული დენის მოქმედებით წარმოქმნილი ნივთიერების ოდენობის დამოკიდებულება დროზე, დენის სიძლიერესა და ელექტროლიტის ბუნებაზე შეიძლება დადგინდეს განზოგადებულის საფუძველზე. ფარადეის კანონი :

სადაც t -ელექტროლიზის დროს წარმოქმნილი ნივთიერების მასა (გ); E - ნივთიერების ექვივალენტური მასა (გ/მოლი); M არის ნივთიერების მოლური მასა (გ/მოლი); პ- მოცემული ან მიღებული ელექტრონების რაოდენობა;

I - დენის სიძლიერე (A); t- პროცესის ხანგრძლივობა(თან); F - ფარადეის მუდმივი,ნივთიერების 1 ეკვივალენტური მასის გამოსაყოფად საჭირო ელექტროენერგიის რაოდენობის დახასიათება(F = 96,500 C/mol = 26,8 Ah/mol).

პორტალი სტუდენტისთვის. თვითმმართველობის ტრენინგი

რედოქსის რეაქციების სახეები

განმარტებები

ჟანგვის მდგომარეობები

RIA მაგალითები

დასკვნა

თეორიული ქიმიის საფუძვლები

10. რედოქსის რეაქციები

ᲓᲐᲙᲐᲕᲨᲘᲠᲔᲑᲣᲚᲘ ᲡᲢᲐᲢᲘᲔᲑᲘ