Paano matukoy kung ito ay nagbibigay o tumatanggap ng mga electron. Ang mga atomo o ion na nakakakuha ng mga electron sa reaksyong ito ay mga oxidizing agent, at ang mga nag-donate ng mga electron ay mga reducing agent.

Ang mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa pagbabago sa antas ng oksihenasyon ng mga elementong bumubuo sa mga reaksyon ay tinatawag na mga reaksyong redox.

Ang oksihenasyon ay ang proseso ng pagbibigay ng mga electron mula sa isang atom, molekula, o ion. Kung ang isang atom ay nagbibigay ng mga electron nito, pagkatapos ay nakakakuha ito ng isang positibong singil, halimbawa:

Kung ang isang negatibong sisingilin na ion (singil -1), halimbawa, ay nagbibigay ng 1 elektron, pagkatapos ito ay nagiging isang neutral na atom:

Kung ang isang positibong sisingilin na ion o atom ay nagbibigay ng mga electron, kung gayon ang halaga ng positibong singil nito ay tataas ayon sa bilang ng mga ibinigay na electron:

Ang pagbabawas ay ang proseso ng pagdaragdag ng mga electron sa isang atom, molekula, o ion.

Kapag ang isang atom ay nakakuha ng mga electron, ito ay nagiging isang negatibong sisingilin na ion:

Kung ang isang positibong sisingilin na ion ay tumatanggap ng mga electron, ang singil nito ay bumababa, halimbawa:

o maaari itong pumunta sa isang neutral na atom:

Ang ahente ng oxidizing ay isang atom, molekula, o ion na tumatanggap ng mga electron. Ang ahente ng pagbabawas ay isang atom, molekula, o ion na nagbibigay ng mga electron.

Ang ahente ng oxidizing ay nabawasan sa panahon ng reaksyon, at ang ahente ng pagbabawas ay na-oxidized.

Dapat alalahanin na ang pagsasaalang-alang sa oksihenasyon (pagbawas) bilang isang proseso ng pagbibigay (at pagtanggap) ng mga electron sa pamamagitan ng mga atomo o ion ay hindi palaging sumasalamin sa totoong sitwasyon, dahil sa maraming mga kaso walang kumpletong paglipat ng mga electron, ngunit isang paglilipat lamang ng ang electron cloud mula sa isang atom patungo sa isa pa.

Gayunpaman, para sa pag-compile ng mga equation ng redox reactions, hindi mahalaga kung anong uri ng bono ang nabuo sa kasong ito - ionic o covalent. Samakatuwid, para sa pagiging simple, pag-uusapan natin ang tungkol sa pagdaragdag o donasyon ng mga electron, anuman ang uri ng bono.

Pagguhit ng mga equation ng redox reactions at pagpili ng coefficients. Kapag gumuhit ng isang equation para sa isang redox reaksyon, ito ay kinakailangan upang matukoy ang pagbabawas ahente, oxidizing ahente, at ang bilang ng mga ibinigay at natanggap na mga electron.

Bilang isang tuntunin, ang mga coefficient ay pinili gamit ang alinman sa paraan ng balanse ng elektron o ang paraan ng balanse ng electron-ion (kung minsan ang huli ay tinatawag na paraan ng kalahating reaksyon).

Bilang isang halimbawa ng pag-compile ng mga equation ng redox reactions, isaalang-alang ang proseso ng pyrite oxidation na may concentrated nitric acid:

Una sa lahat, tukuyin natin ang mga produkto ng reaksyon. ay isang malakas na oxidizing agent, kaya ang sulfur ay ma-oxidize sa pinakamataas na estado ng oksihenasyon at ang iron sa, habang maaari itong mabawasan sa o. Pipili tayo.

Kung saan ito matatagpuan (sa kaliwa o kanang bahagi), hindi pa natin alam.

1. Ilapat muna natin ang paraan ng balanse ng electron-ion. Isinasaalang-alang ng pamamaraang ito ang paglipat ng mga electron mula sa isang atom o ion patungo sa isa pa, na isinasaalang-alang ang likas na katangian ng medium (acidic, alkaline o neutral) kung saan nagaganap ang reaksyon. - Kapag nag-compile ng mga equation para sa mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas, upang mapantayan ang bilang ng mga atomo ng hydrogen at oxygen, alinman sa mga molekula ng tubig at mga hydrogen ions (kung ang medium ay acidic) o mga molekula ng tubig at mga hydroxide ions (kung ang medium ay alkaline) ay ipinakilala (depende sa medium). Alinsunod dito, sa mga produktong nakuha, sa kanang bahagi ng electron-ionic equation, magkakaroon ng hydrogen ions at water molecules (acidic medium) o hydroxide ions at water molecules (alkaline medium).

Kaya, kapag nagsusulat ng mga electron-ionic equation, dapat magpatuloy ang isa mula sa komposisyon ng mga ion na aktwal na naroroon sa solusyon. Bilang karagdagan, tulad ng sa paghahanda ng mga pinaikling ionic equation, ang mga sangkap na hindi maganda ang paghihiwalay, hindi gaanong natutunaw o napalaya sa anyo ng isang gas ay dapat na nakasulat sa molecular form.

Isaalang-alang para sa aming kaso ang kalahating reaksyon ng oksihenasyon.

Ang molekula ay nagiging isang ion, ganap na naghihiwalay sa mga ion, napapabayaan natin ang hydrolysis) at dalawang mga ion (dissociation):

Upang mapantayan ang oxygen, magdagdag ng 8 molekula sa kaliwang bahagi at 16 na ion sa kanang bahagi (acidic na kapaligiran!):

Ang singil sa kaliwang bahagi ay 0, ang singil sa kanang bahagi ay dapat magbigay ng 15 electron:

Isaalang-alang ngayon ang pagbawas ng kalahating reaksyon ng nitrate ion:

Kinakailangang ibawas mula sa atom na O. Upang gawin ito, magdagdag ng 4 na ions (acidic medium) sa kaliwang bahagi, at 2 molekula sa kanang bahagi

Upang ipantay ang singil sa kaliwang bahagi (singil), magdagdag ng 3 electron:

Sa wakas mayroon kaming:

Ang pagbabawas ng parehong bahagi sa pamamagitan ng pagkuha ng pinababang ionic equation ng redox reaction:

Ang pagdaragdag ng naaangkop na bilang ng mga ion sa magkabilang panig ng equation, nakita natin ang equation ng molecular reaction:

Tandaan na upang matukoy ang bilang ng mga naibigay at natanggap na mga electron, hindi namin kinailangang matukoy ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento. Bilang karagdagan, isinasaalang-alang namin ang impluwensya ng kapaligiran at awtomatikong tinutukoy kung ano ang nasa kanang bahagi ng equation. Ano ang tiyak na ang pamamaraang ito ay mas pare-pareho sa kemikal na kahulugan kaysa sa karaniwang paraan ng balanse ng elektron, kahit na ang huli ay medyo mas madaling maunawaan.

2. Pagpantayin ang reaksyong ito gamit ang electronic balance method. Ang proseso ng pagbawi ay inilarawan nang simple:

Mas mahirap na gumuhit ng isang pamamaraan ng oksihenasyon, dahil ang 2 elemento ay na-oxidize nang sabay-sabay - Fe at S. Maaari mong iugnay ang estado ng oksihenasyon sa bakal sa asupre at isaalang-alang na mayroong dalawang S atom sa bawat 1 Fe atom:

Posible, gayunpaman, na ihinto ang pagtukoy sa mga estado ng oksihenasyon at isulat ang isang pamamaraan na kahawig ng pamamaraan (7.1):

Ang kanang bahagi ay may singil na +15, ang kaliwang bahagi ay may singil na 0, kaya dapat itong magbigay ng 15 electron. Isulat ang kabuuang balanse:

5 molekula ang napupunta sa oksihenasyon, at 3 pang molekula ang kailangan upang mabuo

Upang ipantay ang hydrogen at oxygen, magdagdag ng 2 molekula sa kanang bahagi:

Ang paraan ng balanse ng electron-ion ay mas maraming nalalaman kaysa sa paraan ng balanse ng elektron at may hindi maikakaila na kalamangan sa pagpili ng mga coefficient sa maraming mga reaksyon ng redox, lalo na, kasama ang pakikilahok ng mga organikong compound, kung saan kahit na ang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga estado ng oksihenasyon ay napaka magulo.

Isaalang-alang, halimbawa, ang proseso ng ethylene oxidation na nangyayari kapag ito ay dumaan sa isang may tubig na solusyon ng potassium permanganate. Bilang isang resulta, ang ethylene ay na-oxidize sa ethylene glycol, at ang permanganate ay nabawasan sa manganese (IV) oxide, bilang karagdagan, tulad ng magiging halata mula sa huling balanse equation, ang potassium hydroxide ay nabuo din sa kanan:

Matapos isagawa ang mga kinakailangang pagbawas ng magkatulad na termino, isinulat namin ang equation sa panghuling molecular form

Dami ng mga katangian ng redox reactions. Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod. Ang posibilidad ng anumang redox na reaksyon na nagaganap sa ilalim ng tunay na mga kondisyon ay dahil sa maraming mga kadahilanan: temperatura, ang likas na katangian ng ahente ng oxidizing at pagbabawas ng ahente, ang kaasiman ng daluyan, ang konsentrasyon ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon, atbp.

Maaaring mahirap isaalang-alang ang lahat ng mga salik na ito, ngunit, ang pag-alala na ang anumang redox na reaksyon ay nagpapatuloy sa paglipat ng mga electron mula sa pagbabawas ng ahente sa ahente ng oxidizing, posible na magtatag ng isang pamantayan para sa posibilidad ng naturang reaksyon.

Ang mga quantitative na katangian ng mga proseso ng redox ay ang mga normal na potensyal na redox ng mga ahente ng oxidizing at mga ahente ng pagbabawas (o mga karaniwang potensyal na elektrod).

Upang maunawaan ang kahulugan ng physicochemical ng naturang mga potensyal, kinakailangan upang pag-aralan ang tinatawag na mga proseso ng electrochemical.

Ang mga prosesong kemikal na sinamahan ng paglitaw ng isang electric current o sanhi nito ay tinatawag na electrochemical.

Upang maunawaan ang likas na katangian ng mga proseso ng electrochemical, bumaling tayo sa pagsasaalang-alang ng ilang medyo simpleng mga sitwasyon. Isipin ang isang metal plate na inilubog sa tubig. Sa ilalim ng pagkilos ng mga molekula ng polar na tubig, ang mga ion ng metal ay hiwalay sa ibabaw ng plato at na-hydrated, pumasa sila sa likidong bahagi. Sa kasong ito, ang huli ay nagiging positibong sisingilin, at ang labis na mga electron ay lilitaw sa metal plate. Ang karagdagang proseso ay nagpapatuloy, mas malaki ang singil ng parehong plato at ang likidong bahagi ay nagiging.

Dahil sa electrostatic attraction ng mga solution cation at labis na metal electron, lumilitaw ang tinatawag na electric double layer sa hangganan ng phase, na pumipigil sa karagdagang paglipat ng mga metal ions sa likidong bahagi. Sa wakas, ang sandali ay dumating kapag ang isang ekwilibriyo ay naitatag sa pagitan ng solusyon at ng metal plate, na maaaring ipahayag ng equation:

o isinasaalang-alang ang hydration ng mga ions sa solusyon:

Ang estado ng equilibrium na ito ay nakasalalay sa likas na katangian ng metal, ang konsentrasyon ng mga ions nito sa solusyon, sa temperatura at presyon.

Kapag ang isang metal ay nahuhulog hindi sa tubig, ngunit sa isang solusyon ng isang asin ng metal na ito, ang ekwilibriyo ay lumilipat sa kaliwa alinsunod sa prinsipyo ng Le Chatelier at higit pa, mas mataas ang konsentrasyon ng mga metal ions sa solusyon. Ang mga aktibong metal, na ang mga ion ay may mahusay na kakayahang pumasok sa solusyon, sa kasong ito ay negatibong sisingilin, kahit na sa isang mas mababang lawak kaysa sa purong tubig.

Ang equilibrium (7.2) ay maaaring ilipat sa kanan kung ang mga electron ay tinanggal mula sa metal sa isang paraan o iba pa. Matutunaw nito ang metal plate. Sa kabaligtaran, kung ang mga electron ay dinadala sa isang metal plate mula sa labas, kung gayon ang mga ion ay mauna mula sa solusyon dito.

Tulad ng nabanggit na, kapag ang isang metal ay nahuhulog sa isang solusyon, ang isang double electric layer ay nabuo sa hangganan ng phase. Ang potensyal na pagkakaiba na nangyayari sa pagitan ng metal at ng nakapalibot na bahagi ng likido ay tinatawag na potensyal ng elektrod. Ang potensyal na ito ay isang katangian ng kakayahan ng redox ng metal sa anyo ng isang solid phase.

Tandaan na sa isang nakahiwalay na metal na atom (ang estado ng isang monatomic vapor na nangyayari sa mataas na temperatura at mataas na antas ng rarefaction), ang mga katangian ng redox ay nailalarawan sa pamamagitan ng ibang halaga, na tinatawag na potensyal ng ionization. Ang potensyal ng ionization ay ang enerhiya na kinakailangan upang matanggal ang isang elektron mula sa isang nakahiwalay na atom.

Ang ganap na halaga ng potensyal ng elektrod ay hindi masusukat nang direkta. Kasabay nito, hindi mahirap sukatin ang potensyal na pagkakaiba ng elektrod na nangyayari sa isang sistema na binubuo ng dalawang pares ng metal-solution. Ang ganitong mga pares ay tinatawag na semi-elemento. Kami ay sumang-ayon upang matukoy ang mga potensyal ng elektrod ng mga metal na may paggalang sa tinatawag na karaniwang hydrogen electrode, ang potensyal na kung saan ay arbitraryong kinuha bilang zero. Ang isang karaniwang hydrogen electrode ay binubuo ng isang espesyal na inihanda na platinum plate na inilubog sa isang acid solution na may konsentrasyon ng mga hydrogen ions at hinugasan ng isang stream ng hydrogen gas sa ilalim ng presyon ng Pa, sa isang temperatura

Ang paglitaw ng isang potensyal sa isang karaniwang hydrogen electrode ay maaaring isipin bilang mga sumusunod. Ang gaseous hydrogen, na na-adsorbed ng platinum, ay pumasa sa atomic state:

Sa pagitan ng atomic hydrogen na nabuo sa ibabaw ng plato, hydrogen ions sa solusyon at platinum (electrons!) Ang isang estado ng dynamic na equilibrium ay natanto:

Ang kabuuang proseso ay ipinahayag ng equation:

Ang Platinum ay hindi nakikibahagi sa proseso ng redox, ngunit isang carrier lamang ng atomic hydrogen.

Kung ang isang metal plate na nahuhulog sa isang solusyon ng asin nito na may konsentrasyon ng mga metal ions na katumbas ng 1 mol / l ay konektado sa isang karaniwang hydrogen electrode, pagkatapos ay isang galvanic cell ang makukuha. Ang electromotive force ng elementong ito (EMF), na sinusukat sa at nagpapakilala sa karaniwang electrode potential ng metal, kadalasang tinutukoy bilang.

Ipinapakita ng talahanayan 7.1 ang mga halaga ng mga karaniwang potensyal ng elektrod ng ilang mga metal. Ang mga karaniwang potensyal ng mga electrodes na kumikilos bilang mga ahente ng pagbabawas na may kinalaman sa hydrogen ay may tandang "-", at ang tanda na "+" ay nagmamarka ng mga karaniwang potensyal ng mga electrodes na mga ahente ng oxidizing.

Ang mga metal, na nakaayos sa pataas na pagkakasunud-sunod ng kanilang karaniwang mga potensyal na electrode, ay bumubuo ng tinatawag na electrochemical series ng metal voltages:

Ang isang bilang ng mga stress ay nagpapakilala sa mga kemikal na katangian ng mga metal:

1. Kung mas negatibo ang potensyal ng elektrod ng metal, mas malaki ang kakayahang magbawas nito.

2. Nagagawa ng bawat metal na i-displace (ibalik) mula sa mga solusyon ng asin ang mga metal na nasa electrochemical series ng metal voltages pagkatapos nito.

3. Lahat ng mga metal na may negatibong pamantayang potensyal ng elektrod, i.e. na matatagpuan sa serye ng electrochemical ng mga boltahe ng mga metal sa kaliwa ng hydrogen, ay nagagawang ilipat ito mula sa mga solusyon sa acid.

Dapat pansinin na ang ipinakita na serye ay nagpapakilala sa pag-uugali ng mga metal at ang kanilang mga asing-gamot lamang sa mga may tubig na solusyon at sa temperatura ng silid. Bilang karagdagan, dapat itong isipin na ang karaniwang mga potensyal na elektrod na ipinahiwatig sa talahanayan ay isinasaalang-alang ang mga tampok ng pakikipag-ugnayan ng isa o isa pang ion na may mga solvent na molekula. Ito ay maaaring lumabag sa ilan sa mga inaasahang pattern sa pag-aayos ng mga metal sa electrochemical series ng metal voltages. Halimbawa, ang electrochemical series ng mga boltahe ng mga metal ay nagsisimula sa lithium, habang ang rubidium at potassium, na mas chemically active, ay matatagpuan sa kanan ng lithium. Ito ay dahil sa napakataas na enerhiya ng proseso ng hydration ng lithium ion kumpara sa iba pang mga alkali metal ions.

Kasabay nito, ipinapakita ng Talahanayan 7.1 ang karaniwang mga potensyal na redox na sinusukat para sa mga non-metallic system ng uri (7.3) na nasa equilibrium na may kinalaman sa isang normal na hydrogen electrode.

Ipinapakita ng talahanayan ang pagbabawas ng kalahating reaksyon ng sumusunod na pangkalahatang anyo:

Tulad ng sa kaso ng pagtukoy ng halaga ng mga metal, ang mga halaga ng mga di-metal ay sinusukat sa temperatura na 25 ° C at sa isang konsentrasyon ng lahat ng atomic at molekular na species na nakikilahok sa equilibrium na katumbas ng 1 mol/l.

Talahanayan 7.1. Mga karaniwang potensyal na redox sa 25 °C (298 K)

(tingnan ang scan)

Ang algebraic na halaga ng karaniwang potensyal na redox ay nagpapakilala sa aktibidad ng oxidative ng kaukulang oxidized na anyo. Samakatuwid, ang paghahambing ng mga halaga ng karaniwang mga potensyal na redox ay nagpapahintulot sa amin na sagutin ang tanong: ito ba o ang redox na reaksyon ay nagpapatuloy?

Kaya, ang lahat ng kalahating reaksyon ng oksihenasyon ng mga halide ions sa libreng mga halogens

ay maaaring maisakatuparan sa ilalim ng karaniwang mga kondisyon gamit ang lead (IV) oxide o potassium permanganate bilang isang oxidizing agent. Kapag gumagamit ng potassium dichromate, ang mga reaksyon lamang (7.5) at (7.6) ang maaaring isagawa. Sa wakas, ang paggamit ng nitric acid bilang isang oxidizing agent ay nagbibigay-daan lamang sa kalahating reaksyon na may partisipasyon ng iodide ions (7.6).

Kaya, ang isang quantitative criterion para sa pagtatasa ng posibilidad ng isang partikular na redox na reaksyon ay ang positibong halaga ng pagkakaiba sa pagitan ng karaniwang redox na potensyal ng oksihenasyon at pagbawas ng kalahating reaksyon.

Ang mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay tinatawag na mga reaksiyong redox.

Ang mga pangunahing probisyon ng teorya ng oksihenasyon-pagbawas

1. Ang proseso ng pagbibigay ng mga electron sa pamamagitan ng isang atom o ion ay tinatawag na oksihenasyon:

S 0 - 4e - ® S 4+ (oxidation)

Ang isang atom o ion na nagbibigay ng mga electron ay tinatawag na reducing agent (reductant): Zn 0 -2e - ® Zn 2+ (oxidation).

2. Ang proseso ng pagdaragdag ng mga electron sa isang atom o ion ay tinatawag na pagbawi: S 6+ + 8e - ® S 2- (pagbawi).

Ang mga atomo o ion na tumatanggap ng mga electron ay tinatawag na oxidizing agents (oxidizer): Cl - + e - ® Cl 0 (reduction).

Ang ahente ng oxidizing ay nabawasan sa panahon ng reaksyon, at ang ahente ng pagbabawas ay na-oxidized. Ang oksihenasyon ay imposible nang walang sabay-sabay na pagbawas na nagaganap kasama nito, at kabaliktaran, ang pagbawas ng isang sangkap ay imposible nang walang sabay-sabay na oksihenasyon ng isa pa.

3. Sa mga proseso ng redox, ang bilang ng mga electron na ibinigay sa proseso ng oksihenasyon ay dapat palaging katumbas ng bilang ng mga electron na natanggap sa proseso ng pagbabawas.

Halimbawa:

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

oxidizer Cu 2+ +2e - ® Cu 0 pagbabawas

ahente ng pagbabawas H 2 0 - 2e - ® 2H + oksihenasyon

4. Ang equalization ng bilang ng ibinigay at natanggap na mga electron ay isinasagawa sa pamamagitan ng pagpili ng mga coefficient na may paunang compilation ng electronic balance equation

Halimbawa:

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

Ang ahenteng pampababa S 2- - 2e - ® S 0 3 oksihenasyon

oxidizer N 5+ + 3e - ® N 2+ 2 pagbabawas

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

5. Kapag kino-compile ang equation ng electronic na balanse, kinakailangan na magpatuloy mula sa kasing dami ng mga atomo o ion dahil kasama sila sa molekula ng orihinal na substansiya, at kung minsan sa molekula ng mga produkto ng reaksyon

Halimbawa:

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

Oxidizer 2Cr 6+ + 6e - ® 2Cr 3+ 2 1 pagbabawas

ahente ng pagbabawas 2J - - 2e - ® J 2 0 6 3 oksihenasyon

6. Ang mga proseso ng redox ay madalas na nangyayari sa pagkakaroon ng isang kapaligiran: neutral, acidic o alkaline.

Pagpili ng mga coefficient sa redox reactions

Kapag pumipili ng mga coefficient, dapat isaalang-alang ng isa ang pangunahing posisyon: ang bilang ng mga electron na ibinigay sa pamamagitan ng pagbawas ay katumbas ng bilang ng mga electron na nakuha sa pamamagitan ng oksihenasyon.

Matapos matukoy ang ahente ng oxidizing, ahente ng pagbabawas, isang digital na pamamaraan para sa paglipat ng mga electron (equation ng balanse ng elektron) ay pinagsama-sama sa kaukulang pagkakapantay-pantay ng reaksyon.

Halimbawa 1 Al + Cl 2 ® AlCl 3 , kung saan ang Al – ahente ng pagbabawas, Cl 2-oxidizing agent.

Electron transition scheme:

Al 0 - 3e - ® Al +3 3 1 oksihenasyon

Cl 0 + e - ® Cl 1 1 3 pagbabawas

Makikita mula sa diagram na ito na para sa isang oxidized aluminum atom, tatlong chlorine atoms ang kinakailangan upang tanggapin ang tatlong electron na ito (tingnan ang pangalawang column). Samakatuwid, para sa bawat aluminum atom, tatlong chlorine atoms ang kailangan, o para sa bawat dalawang aluminum atoms, tatlong chlorine molecule. Nakukuha namin ang mga coefficient:

2Al + 3Cl 2 \u003d AlCl 3.

Halimbawa 2 N 3- H 3 + O 0 2 ® N 2+ O 2- + H 2 O, kung saan ang O 2 ay isang tipikal na ahente ng oxidizing, at ang N 3- H 3 ay gumaganap ng papel ng isang reducing agent.

Gumagawa kami ng isang scheme (electronic balance):

N 3- - 5e - ® N +2 5 2 4 oksihenasyon

O 0 + 2e - ® O -2 2 5 10 pagbabawas

Para sa 4 na nitrogen atoms, 10 atoms o 5 oxygen molecules ang kinakailangan. Nakukuha namin ang mga coefficient:

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

Mga espesyal na kaso ng pagsasama-sama ng mga pagkakapantay-pantay ng mga reaksyong redox

1. Kung sa reaksyon ang bilang ng mga electron na nawala ng reducing agent at ang bilang ng mga electron na tinatanggap ng oxidizing agent ay mga numerong pantay, kung gayon kapag nahanap ang mga coefficient, ang bilang ng mga electron ay nahahati sa karaniwang pinakamalaking divisor.

Halimbawa:

H 2 SO 3 + HClO 3 ® H 2 SO 4 + HCl

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

oxidizing agentCl +5 + 6e - ® Cl - 2 1 pagbabawas

Ang mga coefficient ng reducing agent at oxidizing agent ay hindi magiging 2 at 6, ngunit 1 at 3:

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

Kung ang bilang ng mga electron na nawala ng reducing agent at nakuha ng oxidizing agent ay kakaiba, at bilang resulta ng reaksyon ay dapat makuha ang kahit na bilang ng mga atomo, kung gayon ang mga coefficient ay doble.

Halimbawa:

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

Ang ahente ng pagbabawas J - -1e - ® J o 5 10 oksihenasyon

Ang mga coefficient para sa oxidizing agent at reducing agent ay hindi magiging 1 at 5, ngunit 2 at 10:

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

2. Kung minsan ang isang reducing agent o isang oxidizing agent ay dagdag na ginagamit upang itali ang mga produktong nabuo bilang resulta ng reaksyon.

Halimbawa:

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

Ang ahente ng pagbabawas Br - - e - ® Br 0 5 10 oksihenasyon

ahente ng oxidizing Mn +7 + 5e - ® Mn +2 1 2 pagbabawas

Sa reaksyong ito, ang sampung molekula ng HBr ay tumutugon bilang mga ahente ng pagbabawas, at anim na molekula ng HBr ang kinakailangan upang magbigkis sa mga nagresultang sangkap (pagbuo ng asin):

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

3. Parehong positibo at negatibong mga ion ng molekula ng ahente ng pagbabawas ay sabay na na-oxidized.

Halimbawa:

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

Dito As +3 ions ay oxidized sa As 2 +3 ions at sa parehong oras S -2 ions ay oxidized sa S +6 ions at N +5 anion ay nabawasan sa N +2.

2As +3 - 4e - ® 2As +5

nagpapababa ng mga ahente 3S -2 - 24e - ® 3S +6 oksihenasyon

oxidant N +5 + 3e - ® N +2 pagbabawas

Sa reaksyong ito, para sa bawat tatlong Bilang 2 S 3 molekula, 28 HNO 3 molekula ang tumutugon. Sinusuri namin ang kawastuhan ng pagbabalangkas ng mga equation ng reaksyon sa pamamagitan ng pagbibilang ng mga atomo ng hydrogen at oxygen sa kanan at kaliwang bahagi. Kaya, nalaman namin na 4 pang molekula ng tubig ang pumapasok sa reaksyon, na dapat italaga sa kaliwang bahagi ng equation para sa huling pagrekord nito:

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

Mga ahente ng pagbabawas 2As +3 + 3S -2 - 28e - ®2As +5 + 3S +6 3 oksihenasyon

oxidant N +5 + 3e - ®N +2 28 pagbabawas

4. Ang ahente ng pagbabawas at ahente ng oxidizing ay mga ion ng parehong elemento, ngunit kasama sa iba't ibang mga sangkap.

Halimbawa:

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

Ang ahente ng pagbabawas J - - e - ® J 0 5 oksihenasyon

oxidizer J +5 + 5e - ®J 0 1 pagbabawas

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

5. Ang isang reducing agent at isang oxidizing agent ay mga ion ng parehong elemento na bahagi ng parehong substance (self-oxidation - self-recovery).

Halimbawa:

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

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

oxidizer N +3 + e - ® N +2 2 pagbabawas

Samakatuwid, ang pagkakapantay-pantay ng reaksyon

Sa panahon ng mga reaksiyong kemikal, maaaring magbago ang bilang at katangian ng mga bono sa pagitan ng mga nakikipag-ugnayang atomo, i.e. ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo sa mga molekula ay maaaring magbago.

Ang mga reaksyon na nagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga atomo ay tinatawag na mga reaksyong redox.

Mga halimbawa ng redox reactions (pinaikling OVR):

Ang pagbabago sa estado ng oksihenasyon ay nauugnay sa displacement o paglipat ng mga electron. Hindi alintana kung ang mga electron ay pumasa mula sa isang atom patungo sa isa pa o bahagyang hinila palayo ng isa sa mga atomo, ang isa ay nagsasalita nang may kondisyon tungkol sa pagbabalik at pagkakabit ng mga electron.

Prosesonagbabalik ang mga electron ay tinatawag na atom o isang ionoksihenasyon . Prosesopag-akyat electron ay tinatawagpagpapanumbalik .

Ang mga sangkap na ang mga atomo o ion ay nagbibigay ng mga electron ay tinatawag mga ahente ng pagbabawas . Sa panahon ng reaksyon, sila ay na-oxidized. Ang mga sangkap na ang mga atomo o ion ay tumatanggap ng mga electron ay tinatawag mga oxidizer . Sa panahon ng reaksyon, sila ay naibalik.

Ang mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas ay kinakatawan ng mga elektronikong equation, na nagpapahiwatig ng pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga nakikipag-ugnayang atomo at ang bilang ng mga electron na naibigay ng ahente ng pagbabawas o tinanggap ng ahente ng pag-oxidizing.

Mga halimbawa ng mga equation na nagpapahayag ng mga proseso ng oksihenasyon:

Mga equation na nagpapahayag ng mga proseso ng pagbawi:

Ang redox reaction ay isang proseso kung saan ang oksihenasyon at pagbabawas ay nangyayari nang sabay-sabay. Ang oksihenasyon ng isang atom ay palaging sinasamahan ng pagbawas ng isa pa at vice versa. Kung saan pangkalahatan ang bilang ng mga electron na ibinigay ng reducing agent ay katumbas ng bilang ng mga electron na nakakabit ng oxidizing agent.

Ayon sa batas ng katumbas ang mga masa ng mga reactant ay nauugnay sa isa't isa bilang mga molar mass ng kanilang mga katumbas. Ang katumbas na halaga ng isang substance sa isang OVR ay depende sa bilang ng mga electron na naibigay o nakakabit sa mga atom nito; ang molar mass ng katumbas ay kinakalkula ng formula:

, (1)

saan M ay ang molar mass ng substance, g/mol

M eq ay ang molar mass ng katumbas ng substance, g/mol

-bilang ng mga donasyon o nakakabit na mga electron

Halimbawa, sa reaksyon

ang isang manganese atom ay nakakabit ng 5 electron, kaya isang katumbas na halaga
ay 1/5 gamu-gamo, at ang isang sulfur atom ay nagbibigay ng 2 electron at isang katumbas na halaga
ay 1/2 nunal. Ang molar mass ng mga katumbas ay ayon sa pagkakabanggit

Mga uri ng reaksyon ng redox

May tatlong uri ng mga kemikal na redox na reaksyon: intermolecular, intramolecular, at self-oxidation-self-healing reactions. Ang isang hiwalay na grupo ay binubuo ng mga electrochemical reactions.

1. Ang Intermolecular OVR ay mga reaksyon kung saan ang oxidizing agent at reducing agent ay magkaibang mga substance:

2. Ang Intramolecular OVR ay mga reaksyon kung saan nagbabago ang estado ng oksihenasyon ng iba't ibang atomo ng isang molekula:

3. Ang mga reaksiyong self-oxidation-self-healing ay mga reaksyon kung saan nagaganap ang oksihenasyon at pagbabawas ng mga atomo ng parehong elemento:

4. Ang mga electrochemical reactions ay OVR, kung saan ang mga proseso ng oxidation at reduction ay spatially separated (nagaganap sa magkahiwalay na electrodes), at ang mga electron ay inililipat mula sa reducing agent patungo sa oxidizing agent sa pamamagitan ng external electrical circuit:

Ang mga reaksyon ng redox ay karaniwang kumplikado, ngunit ang pag-alam sa mga pormula ng mga reactant at mga produkto ng reaksyon at ang kakayahang matukoy ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo, madaling mailagay ang mga coefficient sa equation ng anumang OVR.

Ang isang oxidizing agent at isang reducing agent ay ginagamit upang bumuo ng isang reaksyon sa organic at inorganic na kimika. Isaalang-alang ang mga pangunahing katangian ng naturang mga pakikipag-ugnayan, tukuyin ang algorithm para sa pag-compile ng equation at pag-aayos ng mga coefficient.

Mga Kahulugan

Ang isang oxidizing agent ay isang atom o ion na, kapag nakikipag-ugnayan sa ibang mga elemento, ay tumatanggap ng mga electron. Ang proseso ng pagtanggap ng mga electron ay tinatawag na pagbabawas, at ito ay nauugnay sa isang pagbaba sa estado ng oksihenasyon.

Sa kurso ng inorganic na kimika, dalawang pangunahing pamamaraan para sa pag-aayos ng mga coefficient ay isinasaalang-alang. Ang ahente ng pagbabawas at ahente ng oxidizing sa mga reaksyon ay natutukoy sa pamamagitan ng pagsasama-sama ng balanseng elektroniko o sa pamamagitan ng paraan ng kalahating reaksyon. Pag-usapan natin nang mas detalyado ang unang paraan ng pag-aayos ng mga coefficient sa OVR.

Mga estado ng oksihenasyon

Bago matukoy ang ahente ng oxidizing sa reaksyon, kinakailangan upang ayusin ang mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga elemento sa mga sangkap na kasangkot sa pagbabagong-anyo. Kinakatawan nito ang singil ng isang atom ng isang elemento, na kinakalkula ayon sa ilang mga patakaran. Sa mga kumplikadong sangkap, ang kabuuan ng lahat ng positibo at negatibong estado ng oksihenasyon ay dapat na katumbas ng zero. Para sa mga metal ng pangunahing mga subgroup, tumutugma ito sa valency at may positibong halaga.

Para sa mga hindi metal, na matatagpuan sa dulo sa formula, ang antas ay tinutukoy sa pamamagitan ng pagbabawas ng numero ng pangkat mula sa walo at may negatibong halaga.

Para sa mga simpleng sangkap, ito ay katumbas ng zero, dahil walang proseso ng pagtanggap o pagbibigay ng mga electron.

Para sa mga kumplikadong compound na binubuo ng ilang mga elemento ng kemikal, ang mga kalkulasyon ng matematika ay ginagamit upang matukoy ang mga estado ng oksihenasyon.

Kaya, ang isang ahente ng oxidizing ay isang atom na, sa proseso ng pakikipag-ugnayan, ay nagpapababa sa estado ng oksihenasyon nito, at ang isang ahente ng pagbabawas, sa kabaligtaran, ay nagpapataas ng halaga nito.

Mga halimbawa ng RIA

Ang pangunahing tampok ng mga gawain na may kaugnayan sa pag-aayos ng mga coefficient sa mga reaksyon ng redox ay ang pagpapasiya ng mga nawawalang sangkap at ang pagsasama-sama ng kanilang mga formula. Ang isang ahente ng oxidizing ay isang elemento na tatanggap ng mga electron, ngunit bilang karagdagan dito, ang isang ahente ng pagbabawas ay dapat ding lumahok sa reaksyon, na nagbibigay sa kanila.

Narito ang isang pangkalahatang algorithm na maaaring magamit upang makumpleto ang mga gawaing inaalok sa mga nagtapos sa high school sa isang pinag-isang pagsusulit ng estado. Isaalang-alang natin ang ilang partikular na halimbawa upang maunawaan na ang isang oxidizing agent ay hindi lamang isang elemento sa isang komplikadong substance, kundi isang simpleng substance din.

Una, kailangan mong ayusin para sa bawat elemento ang mga halaga ng mga estado ng oksihenasyon, gamit ang ilang mga patakaran.

Susunod, kailangan mong pag-aralan ang mga elemento na hindi lumahok sa pagbuo ng mga sangkap, at gumuhit ng mga formula para sa kanila. Matapos maalis ang lahat ng mga puwang, maaari kang magpatuloy sa proseso ng pag-compile ng isang elektronikong balanse sa pagitan ng ahente ng oxidizing at ng ahente ng pagbabawas. Ang mga resultang coefficient ay inilalagay sa equation, kung kinakailangan, idinaragdag ang mga ito sa harap ng mga sangkap na hindi kasama sa balanse.

Halimbawa, gamit ang elektronikong paraan ng balanse, kinakailangan upang makumpleto ang iminungkahing equation, ilagay ang mga kinakailangang coefficient sa harap ng mga formula.

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

Upang magsimula sa, para sa bawat isa, tinutukoy namin ang mga halaga ng mga estado ng oksihenasyon, nakukuha namin

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 + …+…

Sa iminungkahing pamamaraan, nagbabago sila para sa oxygen, pati na rin para sa mangganeso sa potassium permanganate. Kaya, nakahanap kami ng isang ahente ng pagbabawas at isang ahente ng oxidizing. Sa kanang bahagi, walang sangkap kung saan magiging potassium, kaya sa halip na mga pagtanggal, gagawin namin ang formula para sa sulfate nito.

Ang huling hakbang sa gawaing ito ay ang paglalagay ng mga coefficient.

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

Ang mga acid, potassium permanganate, hydrogen peroxide ay maaaring ituring na malakas na oxidizing agent. Ang lahat ng mga metal ay nagpapakita ng pagbabawas ng mga katangian, nagiging mga kasyon na may positibong singil sa mga reaksyon.

Konklusyon

Ang mga proseso tungkol sa pagtanggap at pagbabalik ng mga negatibong electron ay nangyayari hindi lamang sa inorganic na kimika. Ang metabolismo, na isinasagawa sa mga buhay na organismo, ay isang malinaw na variant ng kurso ng mga reaksyon ng redox sa organikong kimika. Kinukumpirma nito ang kahalagahan ng mga isinasaalang-alang na proseso, ang kanilang kaugnayan para sa animate at inanimate na kalikasan.

MGA PUNDASYON NG THEORETICAL CHEMISTRY

10. Mga reaksyon ng redox

Mga reaksyon ng redox sa mga solusyon.

Ang mga reaksiyong kemikal na nagaganap sa pagbabago sa antas ng oksihenasyon ng mga elementong bumubuo sa mga reaksyon ay tinatawag na mga reaksyong redox.

Oksihenasyon

- ay ang proseso ng pagbibigay ng mga electron mula sa isang atom, molekula, o ion. Kung ang isang atom ay nagbibigay ng mga electron nito, pagkatapos ay nakakakuha ito ng isang positibong singil: l - , nagbibigay ng 1 elektron, pagkatapos ito ay nagiging isang neutral na atom:

Kung ang isang positibong sisingilin na ion o atom ay nagbibigay ng mga electron, kung gayon ang halaga ng positibong singil nito ay tataas ayon sa bilang ng mga ibinigay na electron:

Ang pagbabawas ay ang proseso ng pagdaragdag ng mga electron sa isang atom, molekula, o ion.

Kung ang isang atom ay nakakakuha ng mga electron, pagkatapos ito ay nagiging isang negatibong sisingilin na ion:

Kung ang isang positibong sisingilin na ion ay tumatanggap ng mga electron, ang singil nito ay bumababa:

o maaari itong pumunta sa isang neutral na atom:

ahente ng oxidizing
pagtanggap ng mga electron. tagapagpanumbalik ay isang atom, molekula o ion, pagbibigay ng mga electron.

Oxidizer

sa panahon ng reaksyon ay nabawasan, ang ahente ng pagbabawas ay na-oxidized.

Pagpapasiya ng stoichiometric coefficients sa mga equation ng redox reactions. Kapag gumuhit ng isang equation para sa isang redox reaksyon, ito ay kinakailangan upang matukoy ang pagbabawas ahente, oxidizing ahente, at ang bilang ng mga ibinigay at natanggap na mga electron. Bilang isang patakaran, ang mga coefficient ay pinili gamit ang alinman sa pamamaraan elektronikong balanse

, alinman sa pamamaraan balanse ng electron-ion (kung minsan ang huli ay tinatawag na pamamaraan kalahating reaksyon ).

Bilang isang halimbawa ng pag-compile ng mga equation ng redox reactions, isaalang-alang ang proseso ng pyrite oxidation na may concentrated nitric acid.

Una sa lahat, tinutukoy namin ang mga produkto ng reaksyon.

HNO3 ay isang malakas na ahente ng oxidizing, kaya ang asupre ay ma-oxidized sa pinakamataas na estado ng oksihenasyon nito S 6+, at bakal - hanggang Fe 3+, habang ang HNO 3 maaaring makabawi hanggang sa N0 o NO 2 . Pipiliin natin ang N O:

Kung saan matatagpuan

H2O (sa left or right side), hindi pa natin alam.

1. Mag-apply muna paraan ng balanse ng electron-ion

(kalahating reaksyon). Isinasaalang-alang ng pamamaraang ito ang paglipat ng mga electron mula sa isang atom o ion patungo sa isa pa, na isinasaalang-alang ang likas na katangian ng medium (acidic, alkaline o neutral) kung saan nagaganap ang reaksyon.

Kapag nag-iipon ng mga equation para sa mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas, upang mapantayan ang bilang ng mga atomo ng hydrogen at oxygen, alinman sa mga molekula ng tubig at mga hydrogen ion ay ipinakilala (depende sa medium) (kung ang kapaligiran ay acidic), o mga molekula ng tubig at mga hydroxide ions (kung ang medium ay alkaline). Alinsunod dito, sa mga produktong nakuha, sa kanang bahagi ng electron-ionic equation, magkakaroon ng hydrogen ions at water molecules (acidic medium) o hydroxide ions at water molecules (alkaline medium).

i.e. kapag nagsusulat ng mga electron-ionic equation, dapat magpatuloy ang isa mula sa komposisyon ng mga ion na aktwal na naroroon sa solusyon. Bilang karagdagan, tulad ng sa paghahanda ng mga pinaikling ionic equation, ang mga sangkap ay hindi maganda ang paghihiwalay, hindi gaanong natutunaw o inilabas sa anyo ng isang gas. dapat isulat sa molecular form.

Isaalang-alang para sa aming kaso ang kalahating reaksyon ng oksihenasyon. Molecule

FeS 2 nagiging Fe ion 3+ (F e (N O 3) 3 ganap na naghihiwalay sa mga ions, ang hydrolysis ay napapabayaan) at dalawang ions KAYA 4 2 - (dissociation ng H 2 SO 4):

Upang mapantayan ang oxygen, magdagdag ng 8 H molekula sa kaliwang bahagi

2 Oh, at sa kanan - 16 H ions+ (acid medium):

Ang singil sa kaliwang bahagi ay 0, ang singil sa kanang bahagi ay +15, kaya

FeS 2 dapat magbigay ng 15 electron:

Isaalang-alang ngayon ang pagbawas ng kalahating reaksyon ng nitrate ion:

Dapat alisin sa

N O 3 2 O atoms. Upang gawin ito, magdagdag ng 4 H ions sa kaliwang bahagi 1+ (acidic na kapaligiran), at sa kanan - 2 H molecule 2 O:

Upang i-equalize ang charge sa kaliwang bahagi (charge

+3) magdagdag ng 3 electron:

Sa wakas mayroon kaming:

Binabawasan ang parehong bahagi ng 16N

+ at 8Н 2 Oh, nakukuha natin ang pinababang ionic equation ng redox reaction:

Sa pamamagitan ng pagdaragdag ng naaangkop na bilang ng mga ion sa magkabilang panig ng equation

HINDI 3 - at H+ nakita namin ang equation ng molekular na reaksyon:

Pakitandaan na hindi mo kinailangan pang matukoy ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento upang matukoy ang bilang ng ibinigay at natanggap na mga electron. Bilang karagdagan, isinasaalang-alang namin ang impluwensya ng kapaligiran at awtomatikong natukoy na ang H

2 Ang O ay nasa kanang bahagi ng equation. Walang duda na ang pamamaraang ito mas pare-pareho sa kemikal na kahulugan kaysa sa karaniwang paraan ng balanse ng elektron, kahit na ang huli ay medyo mas madaling maunawaan.

2. Itinutumbas natin ang reaksyong ito sa pamamaraan elektronikong balanse . Ang proseso ng pagbawi ay inilarawan:

Ito ay mas mahirap na gumuhit ng isang pamamaraan ng oksihenasyon, dahil ang dalawang elemento ay na-oxidized nang sabay-sabay -

Fe at S. Posibleng iugnay sa iron ang estado ng oksihenasyon 2+, sa sulfur 1- at isaalang-alang na mayroong dalawang S atom sa bawat Fe atom:

Gayunpaman, posible na gawin nang hindi tinutukoy ang mga estado ng oksihenasyon at isulat ang isang pamamaraan na kahawig ng pamamaraan

Ang kanang bahagi ay may singil na +15, ang kaliwang bahagi ay may singil na 0, kaya

FeS 2 dapat magbigay ng 15 electron. Isulat ang kabuuang balanse:

limang HNO molekula

3 magiging oxidized FeS2, at tatlo pang molekula HNO3 kailangan para sa edukasyon Fe (N O 3) 3:

Upang ipantay ang hydrogen at oxygen, magdagdag ng dalawang H molecule sa kanang bahagi

2 O:

Ang paraan ng balanse ng electron-ion ay mas maraming nalalaman kaysa sa paraan ng balanse ng elektron at may hindi maikakailang kalamangan sa pagpili ng mga coefficient.

sa maraming mga redox na reaksyon, lalo na, na kinasasangkutan ng mga organikong compound, kung saan kahit na ang pamamaraan para sa pagtukoy ng mga estado ng oksihenasyon ay napakakumplikado.

Isaalang-alang, halimbawa, ang proseso ng ethylene oxidation na nangyayari kapag ito ay dumaan sa isang may tubig na solusyon ng potassium permanganate. Bilang resulta, ang ethylene ay na-oxidized sa ethylene glycol HO-

CH 2 - CH 2 -OH, at ang permanganate ay nabawasan sa manganese (IV) oxide, bilang karagdagan, tulad ng magiging halata sa huling balanse na equation, ang potassium hydroxide ay nabuo din sa kanan:

Matapos isagawa ang mga kinakailangang pagbawas ng magkatulad na termino, isinulat namin ang equation sa panghuling molecular form

Mga karaniwang potensyal ng mga reaksyon ng redox.
Ang posibilidad ng anumang redox na reaksyon na nagaganap sa ilalim ng tunay na mga kondisyon ay dahil sa maraming mga kadahilanan: temperatura, ang likas na katangian ng ahente ng oxidizing at pagbabawas ng ahente, ang kaasiman ng daluyan, ang konsentrasyon ng mga sangkap na kasangkot sa reaksyon, atbp. Ito ay maaaring mahirap isaalang-alang ang lahat ng mga salik na ito, ngunit, ang pag-alala na ang anumang redox na reaksyon ay nagpapatuloy sa paglipat ng mga electron mula sa pagbabawas ng ahente sa ahente ng oxidizing, posible na magtatag ng isang pamantayan para sa posibilidad ng naturang reaksyon.

Ang mga quantitative na katangian ng mga proseso ng redox ay normal na mga potensyal na redox ng mga ahente ng oxidizing at pagbabawas (o karaniwang mga potensyal mga electrodes).

Upang maunawaan ang kahulugan ng physicochemical ng naturang mga potensyal, kinakailangan upang pag-aralan ang tinatawag na mga proseso ng electrochemical.

Ang mga prosesong kemikal na sinamahan ng paglitaw ng isang electric current o sanhi nito ay tinatawag na electrochemical.

, parehong plate at liquid phase.

Dahil sa electrostatic attraction ng mga solution cation at labis na metal electron, lumilitaw ang tinatawag na electric double layer sa hangganan ng phase, na pumipigil sa karagdagang paglipat ng mga metal ions sa likidong bahagi. Sa wakas, darating ang isang sandali kapag ang isang ekwilibriyo ay naitatag sa pagitan ng solusyon at ng metal plate, na maaaring ipahayag sa pamamagitan ng equation:

o isinasaalang-alang ang hydration ng mga ions sa solusyon:

Ang estado ng ekwilibriyong ito ay nakasalalay sa likas na katangian ng metal, ang konsentrasyon ng mga ion nito sa solusyon, sa temperatura at

presyon.

Ang ekwilibriyo ay maaaring ilipat sa kanan kung ang mga electron ay tinanggal mula sa metal sa isang paraan o iba pa. Matutunaw nito ang metal plate. Sa kabaligtaran, kung ang mga electron ay dinadala sa isang metal plate mula sa labas, kung gayon ang mga ion ay idedeposito dito

mula sa solusyon.

Kapag ang isang metal ay nahuhulog sa isang solusyon, ang isang double electric layer ay nabuo sa hangganan ng phase. Ang potensyal na pagkakaiba na nangyayari sa pagitan ng metal at ng nakapalibot na bahagi ng likido ay tinatawag na potensyal ng elektrod. Ang potensyal na ito ay isang katangian ng kakayahan ng redox ng metal sa anyo ng isang solid phase.

Sa isang nakahiwalay na metal na atom (ang estado ng isang monatomic vapor na nangyayari sa mataas na temperatura at mataas na antas ng rarefaction), ang mga katangian ng redox ay nailalarawan sa pamamagitan ng ibang dami na tinatawag na potensyal ng ionization. Ang potensyal ng ionization ay ang enerhiya na kinakailangan upang matanggal ang isang elektron mula sa isang nakahiwalay na atom.

Ang ganap na halaga ng potensyal ng elektrod ay hindi masusukat nang direkta. Kasabay nito, hindi mahirap sukatin ang potensyal na pagkakaiba ng elektrod na nangyayari sa isang sistema na binubuo ng dalawang pares ng metal-solution. Ang ganitong mga mag-asawa ay tinatawag kalahating elemento . Kami ay sumang-ayon upang matukoy ang mga potensyal ng elektrod ng mga metal na may paggalang sa tinatawag na karaniwang hydrogen electrode, ang potensyal na kung saan ay arbitraryong kinuha bilang zero. Ang isang karaniwang hydrogen electrode ay binubuo ng isang espesyal na inihanda na platinum plate na inilubog sa isang acid solution na may konsentrasyon ng hydrogen ion na 1 mol/l at hinugasan ng isang hydrogen gas jet sa presyon na 10

5 Pa, sa 25 °C. Ang isang bilang ng mga karaniwang potensyal ng elektrod.
Kung ang isang metal plate na nahuhulog sa isang solusyon ng asin nito na may konsentrasyon ng mga metal ions na katumbas ng 1 mol / l ay konektado sa isang karaniwang hydrogen electrode, pagkatapos ay isang galvanic cell ang makukuha. Ang electromotive force ng elementong ito (EMF), na sinusukat sa 25 ° C, ay nagpapakilala karaniwang potensyal ng elektrod ng isang metal, karaniwang tinutukoy bilang E°.

Ang mga karaniwang potensyal ng mga electrodes na kumikilos bilang mga ahente ng pagbabawas na may kinalaman sa hydrogen ay may tandang "-", at ang tanda na "+" ay may mga karaniwang potensyal ng mga electrodes na mga ahente ng oxidizing.

Ang mga metal, na nakaayos sa pataas na pagkakasunud-sunod ng kanilang karaniwang mga potensyal na elektrod, ay bumubuo ng tinatawag na electrochemical boltahe serye ng mga metal :Li, Rb, K, wa Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.

Ang isang bilang ng mga stress ay nagpapakilala sa mga kemikal na katangian ng mga metal:

1. Kung mas negatibo ang potensyal ng elektrod ng metal, mas malaki ang kakayahang magbawas nito.

2. Nagagawa ng bawat metal na i-displace (ibalik) mula sa mga solusyon ng asin ang mga metal na nasa electrochemical series ng metal voltages pagkatapos nito.

3. Ang lahat ng mga metal na may negatibong pamantayang potensyal ng elektrod, iyon ay, ang mga nasa serye ng electrochemical ng mga boltahe ng metal sa kaliwa ng hydrogen, ay nagagawang ilipat ito mula sa mga solusyon sa acid.

Tulad ng sa kaso ng pagtukoy ng halaga ng E° ng mga metal, ang mga halaga ng E° ng mga di-metal ay sinusukat sa temperatura na 25 ° C at sa konsentrasyon ng lahat ng atomic at molekular na particle na kasangkot sa equilibrium na katumbas ng 1 mol /l.

Ang algebraic na halaga ng karaniwang potensyal na redox ay nagpapakilala sa aktibidad ng oxidative ng kaukulang oxidized na anyo. kaya lang Ang paghahambing ng mga halaga ng karaniwang mga potensyal na redox ay nagbibigay-daan sa pagsagot sa tanong: ito ba o ang redox na reaksyon ay nagaganap?

Ang isang quantitative criterion para sa pagtatasa ng posibilidad ng isang partikular na redox reaction na nagaganap ay ang positibong halaga ng pagkakaiba sa pagitan ng karaniwang mga potensyal na redox ng kalahating reaksyon ng oksihenasyon at pagbabawas.

Electrolysis ng mga solusyon.

Ang kumbinasyon ng mga reaksiyong redox na nangyayari sa mga electrodes sa mga electrolyte na solusyon o natutunaw kapag ang isang electric current ay dumaan sa kanila ay tinatawag na electrolysis.

Sa cathode ng kasalukuyang pinagmumulan, ang proseso ng paglilipat ng mga electron sa mga cation mula sa isang solusyon o pagkatunaw ay nangyayari, samakatuwid ang katod ay ang "reductor". Sa anode, ang mga electron ay naibigay ng mga anion, samakatuwid ang anode ay ang "oxidizer".

Sa panahon ng electrolysis, ang mga prosesong nakikipagkumpitensya ay maaaring mangyari kapwa sa anode at sa cathode.

Kapag ang electrolysis ay isinasagawa gamit ang isang inert (non-consumable) anode (halimbawa, graphite o platinum), bilang panuntunan, dalawang oxidative at dalawang proseso ng pagbabawas ang nakikipagkumpitensya:

sa anode - oksihenasyon ng mga anion at hydroxide ions,

sa cathode - pagbabawas ng mga cation at hydrogen ions.

Kapag ang electrolysis ay isinasagawa gamit ang isang aktibong (consumable) anode, ang proseso ay nagiging mas kumplikado at ang mga nakikipagkumpitensyang reaksyon sa mga electrodes ay:

sa anode - oksihenasyon ng mga anion at hydroxide ions, anodic dissolution ng metal - ang materyal ng anode;

sa cathode - ang pagbawas ng salt cation at hydrogen ions, ang pagbawas ng mga metal cation na nakuha sa pamamagitan ng pagtunaw ng anode.

Kapag pumipili ng pinaka-malamang na proseso sa anode at katod, dapat magpatuloy ang isa mula sa posisyon na ang reaksyon na nangangailangan ng hindi bababa sa pagkonsumo ng enerhiya ay magpapatuloy. Bilang karagdagan, upang piliin ang pinaka-malamang na proseso sa anode at cathode sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon sa asin na may isang inert electrode, ang mga sumusunod na patakaran ay ginagamit:

Ang mga sumusunod na produkto ay maaaring mabuo sa anode: a) sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon na naglalaman ng mga anion F - , SO 4 2- , N Mga 3 - , RO 4 3 - , pati na rin ang mga solusyon sa alkali, ang oxygen ay inilabas; b) sa panahon ng oksihenasyon ng mga anion C l - , V r - , ako-chlorine, bromine, yodo ay inilabas, ayon sa pagkakabanggit;c) sa panahon ng oksihenasyon ng mga anion ng mga organikong acid, ang proseso ay nangyayari:

2. Sa electrolysis ng mga solusyon sa asin na naglalaman ng mga ions na matatagpuan sa isang serye ng mga boltahe sa kaliwa ng Al

3+ , ang hydrogen ay inilabas sa katod; kung ang ion ay matatagpuan sa serye ng boltahe sa kanan ng hydrogen, pagkatapos ay ang metal ay inilabas sa katod.

3. Sa panahon ng electrolysis ng mga solusyon sa asin na naglalaman ng mga ions na matatagpuan sa isang serye ng mga boltahe sa pagitan

Al + at H + , maaaring mangyari sa cathode ang mga magkatunggaling proseso ng pagbabawas ng cation at hydrogen evolution.

Isaalang-alang natin bilang isang halimbawa ang electrolysis ng isang may tubig na solusyon ng tansong klorido sa mga inert electrodes. Ang mga cu ions ay naroroon sa solusyon.

2+ at 2Cl - , na, sa ilalim ng impluwensya ng electric current, ay nakadirekta sa kaukulang mga electrodes:

Ang metal na tanso ay inilabas sa katod, at ang chlorine gas ay inilabas sa anode.

Kung sa itinuturing na halimbawa ng solusyon electrolysis

CuCl 2 kumuha ng tansong plato bilang anode, pagkatapos ay ilalabas ang tanso sa katod, at sa anode, kung saan nagaganap ang mga proseso ng oksihenasyon, sa halip na maglabas ng mga C ions l - at ang paglabas ng chlorine ay nagpapatuloy sa oksihenasyon ng anode (tanso). Sa kasong ito, ang paglusaw ng anode mismo ay nangyayari, at sa anyo ng mga Cu ion itonapupunta sa solusyon. Electrolysis CuCl 2 na may isang natutunaw na anode ay maaaring isulat bilang mga sumusunod:

Ang electrolysis ng mga solusyon sa asin na may isang natutunaw na anode ay nabawasan sa oksihenasyon ng materyal na anode (paglusaw nito) at sinamahan ng paglipat ng metal mula sa anode patungo sa katod. Ang ari-arian na ito ay malawakang ginagamit sa pagdalisay (paglilinis) ng mga metal mula sa kontaminasyon.

Electrolysis ng mga natutunaw. Upang makakuha ng mataas na aktibong mga metal (sodium, aluminyo, magnesiyo, kaltsyum, atbp.), na madaling nakikipag-ugnayan sa tubig, ginagamit ang electrolysis ng mga tinunaw na asing-gamot o oxide:

Kung ang isang electric current ay dumaan sa isang may tubig na solusyon ng isang aktibong metal na asin at isang acid na naglalaman ng oxygen, kung gayon ang mga metal na cation o ang mga ions ng acid residue ay hindi na nadidischarge. Ang hydrogen ay inilabas sa katod

at sa anode - oxygen, at electrolysis ay nabawasan sa electrolytic decomposition ng tubig.

Ang electrolysis ng mga solusyon sa electrolyte ay mas kumikita kaysa sa mga natutunaw, dahil ang mga electrolyte - mga asing-gamot at alkalis - natutunaw sa napakataas na temperatura.

Ang batas ng electrolysis ni Faraday.

Ang pag-asa ng dami ng isang sangkap na nabuo sa ilalim ng pagkilos ng isang electric current sa oras, kasalukuyang lakas at ang likas na katangian ng electrolyte ay maaaring maitatag batay sa isang pangkalahatan. Batas ni Faraday :

saan t - ang masa ng sangkap na nabuo sa panahon ng electrolysis (g); E - katumbas na masa ng isang sangkap (g / mol); M ay ang molar mass ng substance (g/mol); P- ang bilang ng ibinigay o natanggap na mga electron;

I - kasalukuyang lakas (A); t- tagal ng proseso(Kasama); F - pare-pareho ni Faraday,na nagpapakilala sa dami ng kuryenteng kailangan para makapaglabas ng 1 katumbas na masa ng isang substance(F= 96,500 C/mol = 26.8 Ah/mol).

Portal para sa mag-aaral. Pagsasanay sa sarili

Mga uri ng reaksyon ng redox

Mga Kahulugan

Mga estado ng oksihenasyon

Mga halimbawa ng RIA

Konklusyon

MGA PUNDASYON NG THEORETICAL CHEMISTRY

10. Mga reaksyon ng redox

MGA KAUGNAY NA ARTIKULO