DEPINISYON

Katayuan ng oksihenasyon ay isang quantitative assessment ng estado ng isang atom ng isang kemikal na elemento sa isang compound, batay sa electronegativity nito.

Ito ay nangangailangan ng parehong positibo at negatibong mga halaga. Upang ipahiwatig ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento sa isang compound, kailangan mong maglagay ng Arabic numeral na may kaukulang sign (“+” o “-”) sa itaas ng simbolo nito.

Dapat tandaan na ang estado ng oksihenasyon ay isang dami na walang pisikal na kahulugan, dahil hindi ito sumasalamin sa tunay na singil ng atom. Gayunpaman, ang konseptong ito ay napakalawak na ginagamit sa kimika.

Talaan ng mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento ng kemikal

Ang pinakamataas na positibo at pinakamababang negatibong estado ng oksihenasyon ay maaaring matukoy gamit ang Periodic Table D.I. Mendeleev. Ang mga ito ay katumbas ng bilang ng pangkat kung saan matatagpuan ang elemento at ang pagkakaiba sa pagitan ng halaga ng "pinakamataas" na estado ng oksihenasyon at ang bilang 8, ayon sa pagkakabanggit.

Kung isasaalang-alang namin ang mga compound ng kemikal nang mas partikular, kung gayon sa mga sangkap na may mga non-polar bond ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay zero (N 2, H 2, Cl 2).

Ang estado ng oksihenasyon ng mga metal sa elemental na estado ay zero, dahil ang pamamahagi ng density ng elektron sa kanila ay pare-pareho.

Sa mga simpleng ionic compound, ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento na kasama sa kanila ay katumbas ng electric charge, dahil sa panahon ng pagbuo ng mga compound na ito ay may halos kumpletong paglipat ng mga electron mula sa isang atom patungo sa isa pa: Na +1 I -1, Mg +2 Cl -1 2, Al +3 F - 1 3 , Zr +4 Br -1 4 .

Kapag tinutukoy ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento sa mga compound na may mga polar covalent bond, ang kanilang mga halaga ng electronegativity ay inihambing. Dahil sa panahon ng pagbuo ng isang kemikal na bono, ang mga electron ay inilipat sa mga atom ng mas maraming electronegative na elemento, ang huli ay may negatibong estado ng oksihenasyon sa mga compound.

Mayroong mga elemento na nailalarawan sa pamamagitan lamang ng isang halaga ng estado ng oksihenasyon (fluorine, mga metal ng mga pangkat IA at IIA, atbp.). Ang fluorine, na nailalarawan sa pinakamataas na halaga ng electronegativity, ay palaging may palaging negatibong estado ng oksihenasyon (-1) sa mga compound.

Ang mga elemento ng alkaline at alkaline earth, na nailalarawan sa medyo mababang halaga ng electronegativity, ay palaging may positibong estado ng oksihenasyon na katumbas ng (+1) at (+2), ayon sa pagkakabanggit.

Gayunpaman, mayroon ding mga elemento ng kemikal na nailalarawan sa pamamagitan ng ilang mga estado ng oksihenasyon (sulfur - (-2), 0, (+2), (+4), (+6), atbp.).

Upang gawing mas madaling matandaan kung ilan at kung anong mga estado ng oksihenasyon ang katangian ng isang partikular na elemento ng kemikal, gumamit ng mga talahanayan ng mga estado ng oksihenasyon ng mga elemento ng kemikal, na ganito ang hitsura:

Serial number	Ruso / Ingles Pangalan	Simbolo ng kemikal	Katayuan ng oksihenasyon
	Hydrogen
	Helium
	Lithium
	Beryllium
			(-1), 0, (+1), (+2), (+3)
	Carbon		(-4), (-3), (-2), (-1), 0, (+2), (+4)
	Nitrogen / Nitrogen		(-3), (-2), (-1), 0, (+1), (+2), (+3), (+4), (+5)
	Oxygen		(-2), (-1), 0, (+1), (+2)
	Fluorine
	Sodium/Sodium
	Magnesium / Magnesium
	aluminyo
	Silicon		(-4), 0, (+2), (+4)
	Phosphorus / Phosphorus		(-3), 0, (+3), (+5)
	Sulfur/Sulfur		(-2), 0, (+4), (+6)
	Chlorine		(-1), 0, (+1), (+3), (+5), (+7), bihira (+2) at (+4)
	Argon / Argon
	Potassium/Potassium
	Kaltsyum
	Scandium / Scandium
	Titanium		(+2), (+3), (+4)
	Vanadium		(+2), (+3), (+4), (+5)
	Chrome / Chromium		(+2), (+3), (+6)
	Manganese / Manganese		(+2), (+3), (+4), (+6), (+7)
	bakal		(+2), (+3), bihira (+4) at (+6)
	kobalt		(+2), (+3), bihira (+4)
	Nikel		(+2), bihira (+1), (+3) at (+4)
	tanso		+1, +2, bihira (+3)
	Gallium		(+3), bihira (+2)
	Germanium / Germanium		(-4), (+2), (+4)
	Arsenic/Arsenic		(-3), (+3), (+5), bihira (+2)
	Siliniyum		(-2), (+4), (+6), bihira (+2)
	Bromine		(-1), (+1), (+5), bihira (+3), (+4)
	Krypton / Krypton
	Rubidium / Rubidium
	Strontium / Strontium
	Yttrium / Yttrium
	Zirconium / Zirconium		(+4), bihira (+2) at (+3)
	Niobium / Niobium		(+3), (+5), bihira (+2) at (+4)
	Molibdenum		(+3), (+6), bihira (+2), (+3) at (+5)
	Technetium / Technetium
	Ruthenium / Ruthenium		(+3), (+4), (+8), bihira (+2), (+6) at (+7)
	Rhodium		(+4), bihira (+2), (+3) at (+6)
	Palladium		(+2), (+4), bihira (+6)
	pilak		(+1), bihira (+2) at (+3)
	Cadmium		(+2), bihira (+1)
	Indium		(+3), bihira (+1) at (+2)
	Lata/Lata		(+2), (+4)
	Antimony / Antimony		(-3), (+3), (+5), bihira (+4)
	Tellurium / Tellurium		(-2), (+4), (+6), bihira (+2)
			(-1), (+1), (+5), (+7), bihira (+3), (+4)
	Xenon / Xenon
	Cesium
	Barium / Barium
	Lanthanum / Lanthanum
	Cerium		(+3), (+4)
	Praseodymium / Praseodymium
	Neodymium / Neodymium		(+3), (+4)
	Promethium / Promethium
	Samarium / Samarium		(+3), bihira (+2)
	Europium		(+3), bihira (+2)
	Gadolinium / Gadolinium
	Terbium / Terbium		(+3), (+4)
	Dysprosium / Dysprosium
	Holmium
	Erbium
	Thulium		(+3), bihira (+2)
	Ytterbium / Ytterbium		(+3), bihira (+2)
	Lutetium / Lutetium
	Hafnium / Hafnium
	Tantalum / Tantalum		(+5), bihira (+3), (+4)
	Tungsten/Tungsten		(+6), bihira (+2), (+3), (+4) at (+5)
	Rhenium / Rhenium		(+2), (+4), (+6), (+7), bihira (-1), (+1), (+3), (+5)
	Osmium / Osmium		(+3), (+4), (+6), (+8), bihira (+2)
	Iridium / Iridium		(+3), (+4), (+6), bihira (+1) at (+2)
	Platinum		(+2), (+4), (+6), bihira (+1) at (+3)
	ginto		(+1), (+3), bihira (+2)
	Mercury		(+1), (+2)
	Thalium / Thallium		(+1), (+3), bihira (+2)
	Lead/Lead		(+2), (+4)
	Bismuth		(+3), bihira (+3), (+2), (+4) at (+5)
	Polonium		(+2), (+4), bihira (-2) at (+6)
	Astatine
	Radon / Radon
	Francium
	Radium
	Actinium
	Thorium
	Proactinium / Protactinium
	Uranium / Uranium		(+3), (+4), (+6), bihira (+2) at (+5)

Mga halimbawa ng paglutas ng problema

HALIMBAWA 1

Sagot Halili nating tutukuyin ang estado ng oksihenasyon ng phosphorus sa bawat isa sa mga iminungkahing scheme ng pagbabago, at pagkatapos ay piliin ang tamang sagot.

• Ang estado ng oksihenasyon ng phosphorus sa phosphine ay (-3), at sa orthophosphoric acid - (+5). Pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng posporus: +3 → +5, i.e. pagpipilian sa unang sagot.
• Ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento ng kemikal sa isang simpleng sangkap ay zero. Ang antas ng oksihenasyon ng posporus sa oksido ng komposisyon P 2 O 5 ay (+5). Pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng posporus: 0 → +5, i.e. pangatlong opsyon sa sagot.
• Ang antas ng oksihenasyon ng posporus sa komposisyon ng acid na HPO 3 ay (+5), at ang H 3 PO 2 ay (+1). Pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng phosphorus: +5 → +1, i.e. ikalimang opsyon sa sagot.

HALIMBAWA 2

Mag-ehersisyo	Ang estado ng oksihenasyon (-3) ng carbon sa compound ay: a) CH 3 Cl; b) C 2 H 2; c) HCOH; d) C 2 H 6.
Solusyon	Upang maibigay ang tamang sagot sa tanong na ibinibigay, salit-salit nating tutukuyin ang antas ng carbon oxidation sa bawat isa sa mga iminungkahing compound. a) ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay (+1), at ang chlorine ay (-1). Kunin natin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bilang "x": x + 3×1 + (-1) =0; Mali ang sagot. b) ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay (+1). Kunin natin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bilang "y": 2×y + 2×1 = 0; Mali ang sagot. c) ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay (+1), at ang sa oxygen ay (-2). Kunin natin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bilang "z": 1 + z + (-2) +1 = 0: Mali ang sagot. d) ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay (+1). Kunin natin ang estado ng oksihenasyon ng carbon bilang "a": 2×a + 6×1 = 0; Tamang sagot.
Sagot	Pagpipilian (d)

Pagkalkula ng estado ng oksihenasyon

Buod

1. Ang pagbuo ng mga tauhan ay isa sa mga pinakamahalagang lugar ng gawain ng isang tagapamahala ng tauhan.

2. Upang mabigyan ang organisasyon ng mga kinakailangang mapagkukunan ng tao, mahalaga na bumuo ng isang sapat na sitwasyon sa panlabas na kapaligiran at teknolohiya ng aktibidad, ang istraktura ng kumpanya; kalkulahin ang mga pangangailangan ng tauhan.

3. Upang bumuo ng mga programa sa recruitment, kinakailangan na pag-aralan ang sitwasyon ng mga tauhan sa rehiyon, bumuo ng mga pamamaraan para sa pag-akit at pagsusuri ng mga kandidato, at magsagawa ng mga hakbang sa pagbagay upang maisama ang mga bagong empleyado sa organisasyon.

Kontrolin ang mga tanong

1. Anong mga pangkat ng mga kadahilanan ang kailangang isaalang-alang kapag lumilikha ng isang istraktura ng organisasyon?
2. Anong mga yugto ng disenyo ng organisasyon ang maaaring makilala?
3. Ipaliwanag ang konsepto ng "qualitative assessment of personnel needs."
4. Ilarawan ang konsepto ng "mga karagdagang pangangailangan ng tauhan".
5. Ano ang layunin ng pagsusuri sa sitwasyon ng tauhan sa rehiyon?
6. Ano ang layunin ng pagsusuri sa pagganap?
7. Anong mga yugto ng pagsusuri ng aktibidad ang maaaring makilala?
8. Ipaliwanag kung ano ang professiogram?
9. Anong mga salik sa kapaligiran ang nakakaimpluwensya sa proseso ng recruitment ng kandidato?
10. Ilarawan ang mga pinagmumulan ng panloob at panlabas na pangangalap.
11. Paano suriin ang kalidad ng isang set?
12. Anong mga pamamaraan ang ginagamit upang suriin ang mga kandidato?
13. Anong competitive recruitment paradigms ang alam mo?
14. Pangalanan ang mga yugto ng pagbagay ng empleyado sa organisasyon.

Upang makalkula ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento, ang mga sumusunod na probisyon ay dapat isaalang-alang:

1. Ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo sa mga simpleng sangkap ay katumbas ng zero (Na 0; H 2 0).

2. Ang algebraic na kabuuan ng mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga atomo na bumubuo sa isang molekula ay palaging katumbas ng zero, at sa isang kumplikadong ion ang kabuuan na ito ay katumbas ng singil ng ion.

3. Ang mga atom ay may pare-parehong estado ng oksihenasyon: alkali metal (+1), alkaline earth metals (+2), hydrogen (+1) (maliban sa hydride NaH, CaH 2, atbp., kung saan ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay - 1), oxygen (-2 ) (maliban sa F 2 -1 O +2 at mga peroxide na naglalaman ng –O–O– group, kung saan ang oxidation state ng oxygen ay -1).

4. Para sa mga elemento, ang estado ng positibong oksihenasyon ay hindi maaaring lumampas sa isang halaga na katumbas ng pangkat na numero ng periodic system.

Mga halimbawa:

V 2 +5 O 5 -2; Na 2 +1 B 4 +3 O 7 -2; K +1 Cl +7 O 4 -2 ; N -3 H 3 +1 ; K 2 +1 H +1 P +5 O 4 -2 ; Na 2 +1 Cr 2 +6 O 7 -2

Mayroong dalawang uri ng mga reaksiyong kemikal:

A Mga reaksyon kung saan hindi nagbabago ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento:

Mga reaksyon sa karagdagan

SO 2 + Na 2 O Na 2 SO 3

Mga reaksyon ng agnas

Cu(OH) 2 – t CuO + H 2 O

Palitan ng reaksyon

AgNO 3 + KCl AgCl + KNO 3

NaOH + HNO 3 NaNO 3 + H 2 O

B Mga reaksyon kung saan may pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo ng mga elemento na bumubuo sa mga tumutugong compound:

2Mg 0 + O 2 0 2Mg +2 O -2

2KCl +5 O 3 -2 – t 2KCl -1 + 3O 2 0

2KI -1 + Cl 2 0 2KCl -1 + I 2 0

Mn +4 O 2 + 4HCl -1 Mn +2 Cl 2 + Cl 2 0 + 2H 2 O

Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag redox.

Batay sa pagbabago sa estado ng oksihenasyon, ang lahat ng mga reaksiyong kemikal ay maaaring nahahati sa dalawang uri:

I. Mga reaksyong nagaganap nang hindi binabago ang estado ng oksihenasyon ng mga elementong bumubuo sa mga tumutugong sangkap. Ang ganitong mga reaksyon ay inuri bilang mga reaksyon ng pagpapalitan ng ion.

Na 2 CO 3 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + CO 2 + H 2 O.

II. Mga reaksyong nagaganap sa pagbabago sa estado ng oksihenasyon ng mga elemento

kasama sa mga reacting substance. Ang ganitong mga reaksyon ay inuri bilang mga reaksiyong redox.

5NaNO 2 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5NaNO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O.

Katayuan ng oksihenasyon(oksihenasyon) - isang katangian ng estado ng mga atomo ng mga elemento sa komposisyon ng isang molekula. Inilalarawan nito ang hindi pantay na distribusyon ng mga electron sa pagitan ng mga atomo ng mga elemento at tumutugma sa singil na makukuha ng isang atom ng isang elemento kung ang lahat ng karaniwang pares ng elektron ng mga kemikal na bono nito ay lumipat patungo sa isang mas electronegative na elemento. Depende sa kamag-anak na electronegativity ng mga elemento na bumubuo ng bono, ang pares ng elektron ay maaaring ilipat sa isa sa mga atomo o simetriko na matatagpuan na may kaugnayan sa atomic nuclei. Samakatuwid, ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay maaaring magkaroon ng negatibo, positibo o zero na halaga.

Ang mga elemento na ang mga atomo ay tumatanggap ng mga electron mula sa ibang mga atomo ay may negatibong estado ng oksihenasyon. Ang mga elemento na ang mga atomo ay nag-donate ng kanilang mga electron sa ibang mga atomo ay may positibong estado ng oksihenasyon. Ang mga atomo sa mga molekula ng mga simpleng sangkap ay may zero na estado ng oksihenasyon, at gayundin kung ang sangkap ay nasa isang atomic na estado.

Ang estado ng oksihenasyon ay ipinahiwatig ng +1, +2.

Ion charge 1+, 2+.

Ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento sa isang compound ay tinutukoy ayon sa mga patakaran:

1. Ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento sa mga simpleng sangkap ay zero.

2. Ang ilang mga elemento ay nagpapakita ng patuloy na estado ng oksihenasyon sa halos lahat ng kanilang mga compound. Kabilang sa mga elementong ito ang:

May oxidation state na +1 (maliban sa metal hydride).

Ang O ay may oxidation state na –2 (maliban sa fluoride).

3. Ang mga elemento ng mga pangkat I, II at III ng mga pangunahing subgroup ng Periodic Table of Elements ng D.I. Mendeleev ay may pare-parehong estado ng oksihenasyon na katumbas ng numero ng pangkat.

Mga Elemento Na, Ba, Al: estado ng oksihenasyon +1, +2, +3 ayon sa pagkakabanggit.

4. Para sa mga elemento na may variable na estado ng oksihenasyon, mayroong konsepto ng mas mataas at mas mababang mga estado ng oksihenasyon.

Ang pinakamataas na estado ng oksihenasyon ng isang elemento ay katumbas ng bilang ng pangkat ng Periodic Table of Elements ni D.I. Mendeleev kung saan matatagpuan ang elemento.

Mga Elemento N, Cl: pinakamataas na estado ng oksihenasyon +5, +7, ayon sa pagkakabanggit.

Ang pinakamababang estado ng oksihenasyon ng isang elemento ay katumbas ng bilang ng pangkat ng Periodic Table of Elements ni D.I. Mendeleev, kung saan matatagpuan ang elementong minus walo.

Mga Elemento N, Cl: pinakamababang estado ng oksihenasyon -3, -1 ayon sa pagkakabanggit.

5. Sa mga single-element na ion, ang estado ng oksihenasyon ng elemento ay katumbas ng singil ng ion.

Fe 3+ - ang estado ng oksihenasyon ay +3; S 2- - ang estado ng oksihenasyon ay -2.

6. Ang kabuuan ng mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga atomo ng mga elemento sa isang molekula ay zero.

KNO 3; (+1) + X+ 3 · (-2) = 0; X= +5. Ang estado ng oksihenasyon ng nitrogen ay +5.

7. Ang kabuuan ng mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga atomo ng mga elemento sa isang ion ay katumbas ng singil ng ion.

SO 4 2-; X+ 4· (-2) = -2; X= +6. Ang estado ng oksihenasyon ng asupre ay +6.

8. Sa mga compound na binubuo ng dalawang elemento, ang elementong nakasulat sa kanan ay laging may pinakamababang estado ng oksihenasyon.

Ang mga reaksyon kung saan nagbabago ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay inuri bilang mga reaksyong redox /ORR/. Ang mga reaksyong ito ay binubuo ng mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas.

Oksihenasyon ay ang proseso ng pagbibigay ng mga electron sa pamamagitan ng isang elemento na bahagi ng isang atom, molekula o ion.

Al 0 – 3e = Al 3+

H 2 – 2e = 2H +

Fe 2+ - e = Fe 3+

2Cl - - 2e= Cl 2

Sa panahon ng oksihenasyon, tumataas ang estado ng oksihenasyon ng elemento. Ang isang sangkap (atom, molekula o ion) na naglalaman ng isang elemento na nagbibigay ng mga electron ay tinatawag na ahente ng pagbabawas. Al, H 2 , Fe 2+ , Cl - - nagpapababa ng mga ahente. Ang ahente ng pagbabawas ay na-oxidized.

Pagbawi ay ang proseso ng pagdaragdag ng mga electron sa isang elemento na bahagi ng isang atom, molekula o ion.

Cl 2 + 2e = 2Cl -

Fe 3+ + e = Fe 2+

Sa panahon ng pagbabawas, bumababa ang estado ng oksihenasyon ng elemento. Ang isang sangkap (atom, molekula o ion) na naglalaman ng isang elemento na tumatanggap ng mga electron ay tinatawag na isang oxidizing agent. Ang S, Fe 3+, Cl 2 ay mga ahente ng oxidizing. Ang ahente ng oxidizing ay nabawasan.

Ang kabuuang bilang ng mga electron sa system ay hindi nagbabago sa panahon ng isang kemikal na reaksyon. Ang bilang ng mga electron na ibinigay ng reducing agent ay katumbas ng bilang ng mga electron na nakuha ng oxidizing agent.

Upang mag-compile ng isang equation para sa isang oxidation-reduction reaction (ORR) sa mga solusyon, ang ion-electronic na paraan (kalahating reaksyon na paraan) ay ginagamit.

Maaaring mangyari ang OVR sa acidic, neutral o alkaline na kapaligiran. Isinasaalang-alang ng mga equation ng reaksyon ang posibleng paglahok ng mga molekula ng tubig (HOH) at labis na H + o OH - mga ion na nakapaloob sa solusyon, depende sa likas na katangian ng kapaligiran:

sa isang acidic na kapaligiran - HOH at H + ions;

sa isang neutral na kapaligiran - lamang HINDI;

sa isang alkaline na kapaligiran - HOH at OH - ions.

Kapag kino-compile ang mga equation ng OVR, kinakailangan na sumunod sa isang tiyak na pagkakasunud-sunod:

1. Sumulat ng reaction diagram.

2. Tukuyin ang mga elementong nagpabago sa estado ng oksihenasyon.

3. Sumulat ng diagram sa isang maikling ionic-molecular form: malakas na electrolytes sa anyo ng mga ions, mahina electrolytes sa anyo ng mga molecule.

4. Bumuo ng mga equation para sa mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas (mga equation ng kalahating reaksyon). Upang gawin ito, isulat ang mga elemento na nagbabago sa estado ng oksihenasyon sa anyo ng mga tunay na particle (ions, atoms, molecules) at i-equalize ang bilang ng bawat elemento sa kaliwa at kanang bahagi ng kalahating reaksyon.

Tandaan:

Kung ang panimulang sangkap ay naglalaman ng mas kaunting mga atomo ng oxygen kaysa sa mga produkto (P PO 4 3-), kung gayon ang kakulangan ng oxygen ay ibinibigay ng kapaligiran.

Kung ang panimulang sangkap ay naglalaman ng mas maraming atomo ng oxygen kaysa sa mga produkto (SO 4 2- SO 2), kung gayon ang inilabas na oxygen ay nakatali sa daluyan.

5. Pagpantayin ang kaliwa at kanang bahagi ng mga equation ayon sa bilang ng mga singil. Upang gawin ito, idagdag o ibawas ang kinakailangang bilang ng mga electron.

6. Pumili ng mga kadahilanan para sa oksihenasyon at pagbabawas ng mga kalahating reaksyon upang ang bilang ng mga electron sa panahon ng oksihenasyon ay katumbas ng bilang ng mga electron sa panahon ng pagbabawas.

7. Ibuod ang kalahating reaksyon ng oksihenasyon at pagbabawas, na isinasaalang-alang ang mga nahanap na salik.

8. Isulat ang resultang ionic-molecular equation sa molecular form.

9. Magsagawa ng pagsusuri sa oxygen.

May tatlong uri ng redox reactions:

a) Intermolecular - mga reaksyon kung saan nagbabago ang estado ng oksihenasyon para sa mga elemento na bumubuo sa iba't ibang molekula.

2KMnO 4 + 5NaNO 2 + 3H 2 SO 4 2MnSO 4 + 5NaNO 3 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

b) Intramolecular - mga reaksyon kung saan nagbabago ang estado ng oksihenasyon para sa mga elementong bumubuo sa isang molekula.

REDOX REAKSYON

Katayuan ng oksihenasyon

Ang estado ng oksihenasyon ay ang nominal na singil ng isang atom sa isang molekula, na kinakalkula sa ilalim ng pagpapalagay na ang molekula ay binubuo ng mga ion at sa pangkalahatan ay neutral sa kuryente.

Ang karamihan sa mga electronegative na elemento sa isang compound ay may mga negatibong estado ng oksihenasyon, at ang mga atomo ng mga elemento na may mas kaunting electronegativity ay may mga positibong estado ng oksihenasyon.

Ang estado ng oksihenasyon ay isang pormal na konsepto; sa ilang mga kaso, ang estado ng oksihenasyon ay hindi nag-tutugma sa valency.

Halimbawa:

N2H4 (hydrazine)

antas ng oksihenasyon ng nitrogen – -2; nitrogen valency - 3.

Pagkalkula ng estado ng oksihenasyon

Upang makalkula ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento, ang mga sumusunod na puntos ay dapat isaalang-alang:

1. Ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo sa mga simpleng sangkap ay katumbas ng zero (Na 0; H2 0).

2. Ang algebraic na kabuuan ng mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga atomo na bumubuo sa isang molekula ay palaging katumbas ng zero, at sa isang kumplikadong ion ang kabuuan na ito ay katumbas ng singil ng ion.

3. Ang mga atom ay may pare-parehong estado ng oksihenasyon: alkali metal (+1), alkaline earth metals (+2), hydrogen (+1) (maliban sa hydride NaH, CaH2, atbp., kung saan ang estado ng oksihenasyon ng hydrogen ay -1 ), oxygen (-2) (maliban sa F 2 -1 O +2 at mga peroxide na naglalaman ng –O–O– group, kung saan ang oxidation state ng oxygen ay -1).

4. Para sa mga elemento, ang estado ng positibong oksihenasyon ay hindi maaaring lumampas sa isang halaga na katumbas ng pangkat na numero ng periodic system.

Mga halimbawa:

V 2 +5 O 5 -2 ;Na 2 +1 B 4 +3 O 7 -2 ;K +1 Cl +7 O 4 -2 ;N -3 H 3 +1 ;K2 +1 H +1 P +5 O 4 -2 ;Na 2 +1 Cr 2 +6 O 7 -2

Mga reaksyon nang wala at may mga pagbabago sa estado ng oksihenasyon

Mayroong dalawang uri ng mga reaksiyong kemikal:

Mga reaksyon kung saan ang estado ng oksihenasyon ng mga elemento ay hindi nagbabago:

Mga reaksyon sa karagdagan

KAYA 2 +Na 2 O → Na 2 KAYA 3

Mga reaksyon ng agnas

Cu(OH) 2 → CuO + H 2 O

Palitan ng reaksyon

AgNO 3 + KCl → AgCl + KNO 3

NaOH + HNO 3 → NaNO 3 + H 2 O

Mga reaksyon kung saan may pagbabago sa mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo ng mga elemento na bumubuo sa mga tumutugong compound:

2Mg 0 + O 2 0 → 2Mg +2 O -2

2KCl +5 O 3 -2 →2KCl -1 + 3O 2 0

2KI -1 + Cl 2 0 → 2KCl -1 + I 2 0

Mn +4 O 2 + 4HCl -1 ® Mn +2 Cl 2 + Cl +1 2 0 + 2H 2 O

Ang ganitong mga reaksyon ay tinatawag na redox reactions

Ang mga reaksyon ng redox ay mga reaksyon kung saan nagbabago ang mga estado ng oksihenasyon ng mga atomo. Ang mga reaksyon ng redox ay karaniwan. Ang lahat ng mga reaksyon ng pagkasunog ay redox.
Ang redox reaction ay binubuo ng dalawang proseso na hindi maaaring mangyari nang hiwalay sa isa't isa. Ang proseso ng pagtaas ng estado ng oksihenasyon ay tinatawag na oksihenasyon. Kasabay ng oksihenasyon, nangyayari ang pagbawas, iyon ay, ang proseso ng pagbaba ng estado ng oksihenasyon.

Oksihenasyon, pagbabawas

Alinsunod dito, sa mga reaksyon ng redox mayroong dalawang pangunahing kalahok: isang ahente ng oxidizing at isang ahente ng pagbabawas. Ang proseso ng pagkawala ng mga electron ay oksihenasyon. Sa panahon ng oksihenasyon, tumataas ang estado ng oksihenasyon. Sa panahon ng reaksyon, binabawasan ng oxidizing agent ang estado ng oksihenasyon nito at nababawasan. Narito ito ay kinakailangan upang makilala sa pagitan ng isang oxidizing chemical element at isang oxidizing substance.

N +5 - oxidizer; HN +5 O3 at NaN +5 O 3 - mga ahente ng oxidizing.
Kung sasabihin natin na ang nitric acid at ang mga asing-gamot nito ay malakas na mga ahente ng oxidizing, kung gayon ang ibig sabihin nito ay ang ahente ng oxidizing ay mga atomo ng nitrogen na may estado ng oksihenasyon na +5, at hindi ang buong sangkap sa kabuuan.
Ang pangalawang obligadong kalahok sa redox reaction ay tinatawag na reducing agent. Ang proseso ng pagdaragdag ng mga electron ay pagbabawas. Sa panahon ng pagbabawas, bumababa ang estado ng oksihenasyon.

Ang ahente ng pagbabawas ay nagdaragdag ng bilang ng oksihenasyon nito sa pamamagitan ng pagiging oksihenasyon sa panahon ng reaksyon. Tulad ng sa kaso ng isang oxidizing agent, ang isa ay dapat na makilala sa pagitan ng isang nagpapababang sangkap at isang nagpapababang elemento ng kemikal. Kapag nagsasagawa ng reaksyon ng pagbabawas ng isang aldehyde sa alkohol, hindi lamang tayo maaaring kumuha ng hydrogen na may estado ng oksihenasyon na -1, ngunit kumuha ng ilang uri ng hydride, mas mabuti ang lithium aluminum hydride.

N -1 - ahente ng pagbabawas; NaH -1 at LiAlH -1 4 - pagbabawas ng mga ahente.
Sa mga reaksiyong redox, ang kumpletong paglipat ng mga electron mula sa isang reducing agent patungo sa isang oxidizing agent ay napakabihirang, dahil kakaunti ang mga compound na may mga ionic bond. Ngunit kapag nag-aayos ng mga coefficient, nagpapatuloy kami mula sa pag-aakalang nangyayari ang gayong paglipat. Ginagawa nitong posible na tama na matukoy ang mga pangunahing coefficient sa harap ng mga formula ng oxidizing agent at reducing agent.
5H 2 SO 3 + 2KMnO 4 = 2H 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
S +4 – 2e → S +6 5 - pagbabawas ng ahente, oksihenasyon
Mn +7 + 5e → Mn +2 2 - oxidizer, pagbabawas

Ang mga atomo o ion na nakakakuha ng mga electron sa isang partikular na reaksyon ay mga oxidizing agent, at ang mga nag-donate ng mga electron ay mga reducing agent.

Mga katangian ng redox ng isang substansiya at ang estado ng oksihenasyon ng mga bumubuo nitong atomo

Ang mga compound na naglalaman ng mga atom ng mga elemento na may pinakamataas na estado ng oksihenasyon ay maaari lamang maging mga ahente ng pag-oxidize dahil sa mga atom na ito, dahil naibigay na nila ang lahat ng kanilang mga valence electron at nakakatanggap lamang ng mga electron. Ang pinakamataas na estado ng oksihenasyon ng atom ng isang elemento ay katumbas ng bilang ng pangkat sa periodic table kung saan kabilang ang elemento. Ang mga compound na naglalaman ng mga atomo ng mga elemento na may pinakamababang estado ng oksihenasyon ay maaari lamang magsilbi bilang mga ahente ng pagbabawas, dahil ang mga ito ay may kakayahang mag-donate ng mga electron, dahil ang panlabas na antas ng enerhiya ng naturang mga atomo ay nakumpleto ng walong mga electron. Ang pinakamababang estado ng oksihenasyon para sa mga metal na atom ay 0, para sa mga hindi metal - (n–8) (kung saan ang n ay ang bilang ng pangkat sa periodic table). Ang mga compound na naglalaman ng mga atom ng mga elemento na may mga intermediate na estado ng oksihenasyon ay maaaring parehong mga ahente ng pag-oxidize at pagbabawas, depende sa kapareha kung saan sila nakikipag-ugnayan at ang mga kondisyon ng reaksyon.

Ang pinakamahalagang pagbabawas at oxidizing agent

Mga Reducer:

Mga metal,

hydrogen,

uling.

Carbon (II) monoxide (CO).

Hydrogen sulfide (H 2 S);

sulfur oxide (IV) (SO 2);

sulfurous acid H 2 SO 3 at mga asin nito.

Mga hydrohalic acid at ang kanilang mga asin.

Ang mga metal na kasyon sa mababang estado ng oksihenasyon: SnCl 2, FeCl 2, MnSO 4, Cr 2 (SO 4) 3.

Nitrous acid HNO 2;

ammonia NH 3;

hydrazine NH 2 NH 2 ;

nitric oxide (II) (NO).

Cathode sa panahon ng electrolysis.

Mga ahente ng oxidizing

Halogens.

Potassium permanganate (KMnO 4);

potassium manganate (K 2 MnO 4);

manganese (IV) oxide (MnO 2).

Potassium dichromate (K 2 Cr 2 O 7);

potassium chromate (K 2 CrO 4).

Nitric acid (HNO 3).

Sulfuric acid (H 2 SO 4) conc.

Copper(II) oxide (CuO);

lead(IV) oxide (PbO 2);

pilak oksido (Ag 2 O);

hydrogen peroxide (H 2 O 2).

Iron(III) chloride (FeCl 3).

Berthollet's salt (KClO 3).

Anode sa panahon ng electrolysis.

Ang bawat kalahating reaksyon ay nailalarawan sa pamamagitan ng isang karaniwang potensyal na redox E 0 (dimensyon - volt, V). Kung mas malaki ang E0, mas malakas ang oxidizing form bilang oxidizing agent at mas mahina ang reduced form bilang reducing agent, at vice versa.

Ang kalahating reaksyon ay kinuha bilang reference point para sa mga potensyal: 2H + + 2ē ® H 2, kung saan E 0 =0

Para sa mga half-reactions M n+ + nē ® M 0, ang E 0 ay tinatawag na standard electrode potential. Batay sa laki ng potensyal na ito, ang mga metal ay karaniwang inilalagay sa isang serye ng mga karaniwang potensyal na elektrod (isang serye ng mga boltahe ng metal):

Li, Rb, K, Ba, 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 malayo sa kaliwa ang isang metal ay matatagpuan sa serye ng boltahe, mas malakas ang kakayahang magbawas nito at mas mahina ang kakayahang mag-oxidize ng ion nito sa solusyon (i.e., mas madaling magbigay ng mga electron (nag-oxidize) at mas mahirap ito para sa mga ions nito na muling magkabit ng mga electron).

2. Ang bawat metal ay may kakayahang ilipat mula sa mga solusyon sa asin ang mga metal na nasa serye ng stress sa kanan nito, i.e. binabawasan ang mga ions ng kasunod na mga metal sa mga electron neutral na atom, nag-donate ng mga electron at nagiging mga ions mismo.

3. Ang mga metal lamang na nasa serye ng boltahe sa kaliwa ng hydrogen (H) ang may kakayahang ilipat ito mula sa mga solusyon sa acid (halimbawa, Zn, Fe, Pb, ngunit hindi Cu, Hg, Ag).

Mga galvanic na selula

Ang bawat dalawang metal, na inilulubog sa mga solusyon ng kanilang mga asin, na nakikipag-usap sa isa't isa sa pamamagitan ng isang siphon na puno ng isang electrolyte, ay bumubuo ng isang galvanic cell. Ang mga metal plate na nahuhulog sa mga solusyon ay tinatawag na mga electrodes ng elemento.

Kung ikinonekta mo ang mga panlabas na dulo ng mga electrodes (pole ng elemento) gamit ang isang wire, pagkatapos ay ang mga electron ay magsisimulang lumipat mula sa metal, na may mas mababang potensyal, sa metal, na may mas mataas na potensyal (halimbawa, mula sa Zn hanggang Pb). Ang pag-alis ng mga electron ay nakakagambala sa ekwilibriyo na umiiral sa pagitan ng metal at ng mga ion nito sa solusyon at nagiging sanhi ng isang bagong bilang ng mga ion na dumaan sa solusyon - ang metal ay unti-unting natutunaw. Kasabay nito, ang mga electron na dumadaan sa isa pang metal ay naglalabas ng mga ions sa solusyon sa ibabaw nito - ang metal ay inilabas mula sa solusyon. Ang elektrod kung saan nangyayari ang oksihenasyon ay tinatawag na anode. Ang elektrod kung saan nangyayari ang pagbabawas ay tinatawag na katod. Sa isang lead-zinc cell, ang zinc electrode ay ang anode at ang lead electrode ay ang cathode.

Kaya, sa isang saradong galvanic cell, ang pakikipag-ugnayan ay nangyayari sa pagitan ng isang metal at isang solusyon sa asin ng isa pang metal, na hindi direktang nakikipag-ugnayan sa isa't isa. Ang mga atomo ng unang metal, na nagbibigay ng mga electron, nagiging mga ion, at mga ion ng pangalawang metal, na nagdaragdag ng mga electron, nagiging mga atomo. Inililipat ng unang metal ang pangalawa mula sa solusyon ng asin nito. Halimbawa, sa panahon ng pagpapatakbo ng isang galvanic cell na binubuo ng zinc at lead, na inilubog ayon sa pagkakabanggit sa mga solusyon ng Zn(NO 3) 2 at Pb(NO 3) 2, ang mga sumusunod na proseso ay nangyayari sa mga electrodes:

Zn – 2ē → Zn 2+

Pb 2+ + 2ē → Pb

Pagbubuod ng parehong proseso, nakuha natin ang equation na Zn + Pb 2+ → Pb + Zn 2+, na nagpapahayag ng reaksyon na nagaganap sa elemento sa anyong ionic. Ang molecular equation para sa parehong reaksyon ay magiging:

Zn + Pb(NO 3) 2 → Pb + Zn(NO 3) 2

Ang electromotive force ng isang galvanic cell ay katumbas ng potensyal na pagkakaiba sa pagitan ng dalawang electrodes nito. Kapag tinutukoy ito, ang mas maliit ay palaging ibinabawas sa mas malaking potensyal. Halimbawa, ang electromotive force (emf) ng itinuturing na elemento ay katumbas ng:

E.m.f. =	-0,13		(-0,76)	0.63v
	E Pb		E Zn

Magkakaroon ito ng ganitong halaga sa kondisyon na ang mga metal ay nahuhulog sa mga solusyon kung saan ang konsentrasyon ng ion ay 1 g-ion/l. Sa iba pang mga konsentrasyon ng mga solusyon, ang mga halaga ng mga potensyal na elektrod ay medyo naiiba. Maaari silang kalkulahin gamit ang formula:

E = E 0 + (0.058/n) logC

kung saan ang E ay ang nais na potensyal ng metal (sa volts)

E 0 - normal na potensyal nito

n - valence ng mga metal ions

C - konsentrasyon ng mga ion sa solusyon (g-ion/l)

Halimbawa

Hanapin ang electromotive force ng elemento (emf) na nabuo sa pamamagitan ng isang zinc electrode na inilubog sa isang 0.1 M na solusyon ng Zn(NO 3) 2 at isang lead electrode na inilubog sa isang 2 M na solusyon ng Pb(NO 3) 2.

Solusyon

Kinakalkula namin ang potensyal ng zinc electrode:

E Zn = -0.76 + (0.058 / 2) log 0.1 = -0.76 + 0.029 (-1) = -0.79 v

Kinakalkula namin ang potensyal ng lead electrode:

E Pb = -0.13 + (0.058 / 2) log 2 = -0.13 + 0.029 0.3010 = -0.12 v

Hanapin ang electromotive force ng elemento:

E.m.f. = -0.12 – (-0.79) = 0.67 v

Electrolysis

Electrolysis Ang proseso ng agnas ng isang sangkap sa pamamagitan ng electric current ay tinatawag.

Ang kakanyahan ng electrolysis ay kapag ang kasalukuyang ay dumaan sa isang electrolyte solution (o molten electrolyte), ang mga positibong sisingilin na mga ion ay lumipat sa katod, at ang mga negatibong sisingilin na mga ion ay lumipat sa anode. Ang pagkakaroon ng maabot ang mga electrodes, ang mga ions ay pinalabas, bilang isang resulta kung saan ang mga bahagi ng dissolved electrolyte o hydrogen at oxygen mula sa tubig ay inilabas sa mga electrodes.

Upang i-convert ang iba't ibang mga ion sa neutral na mga atomo o mga grupo ng mga atomo, kinakailangan ang iba't ibang mga boltahe ng electric current. Ang ilang mga ion ay mas madaling mawala ang kanilang mga singil, ang iba ay mas mahirap. Ang antas ng kadalian kung saan ang paglabas ng mga metal ions (makakuha ng mga electron) ay tinutukoy ng posisyon ng mga metal sa serye ng boltahe. Ang higit pa sa kaliwa ng isang metal ay nasa serye ng boltahe, mas malaki ang negatibong potensyal nito (o hindi gaanong positibong potensyal), mas mahirap, ang iba pang mga bagay ay pantay, ang mga ions nito na ilalabas (Au 3+, Ag + ions ang pinakamadaling sa discharge; ang pinakamahirap ay Li +, Rb +, K +).

Kung mayroong mga ion ng ilang mga metal sa isang solusyon nang sabay-sabay, ang mga ion ng metal na may mas mababang negatibong potensyal (o mas mataas na positibong potensyal) ay unang ipapalabas. Halimbawa, ang metal na tanso ay unang inilabas mula sa isang solusyon na naglalaman ng mga ion ng Zn 2+ at Cu 2+. Ngunit ang magnitude ng potensyal ng metal ay nakasalalay din sa konsentrasyon ng mga ions nito sa solusyon; ang kadalian ng paglabas ng mga ions ng bawat metal ay nagbabago din depende sa kanilang konsentrasyon: ang pagtaas ng konsentrasyon ay nagpapadali sa paglabas ng mga ions, ang pagbaba ay ginagawang mas mahirap. Samakatuwid, sa panahon ng electrolysis ng isang solusyon na naglalaman ng mga ion ng ilang mga metal, maaaring mangyari na ang pagpapalabas ng isang mas aktibong metal ay magaganap nang mas maaga kaysa sa pagpapalabas ng isang hindi gaanong aktibo (kung ang konsentrasyon ng mga ion ng unang metal ay makabuluhan at ang ang konsentrasyon ng pangalawa ay napakaliit).

Sa mga may tubig na solusyon ng mga asin, bilang karagdagan sa mga ion ng asin, palaging mayroon ding mga ion ng tubig (H + at OH -). Sa mga ito, ang mga ion ng hydrogen ay mas madaling madidiskarga kaysa sa mga ion ng lahat ng mga metal na nauuna sa hydrogen sa serye ng boltahe. Gayunpaman, dahil sa hindi gaanong konsentrasyon ng mga hydrogen ions sa panahon ng electrolysis ng lahat ng mga asing-gamot, maliban sa mga asing-gamot ng pinaka-aktibong mga metal, ang metal, hindi hydrogen, ay inilabas sa katod. Sa panahon lamang ng electrolysis ng mga salts ng sodium, calcium at iba pang mga metal hanggang sa aluminum inclusive, ang mga hydrogen ions ay nadidischarge at ang hydrogen ay inilalabas.

Sa anode, maaaring ma-discharge ang alinman sa mga ions ng acidic residues o hydroxyl ions ng tubig. Kung ang mga ions ng acidic residues ay hindi naglalaman ng oxygen (Cl -, S 2-, CN -, atbp.), Kung gayon kadalasan ang mga ion na ito ang pinalabas, at hindi ang mga hydroxyl, na mas mahirap mawala ang kanilang singil, at Cl 2, S, atbp. ay inilabas sa anode .d. Sa kabaligtaran, kung ang isang asin ng isang acid na naglalaman ng oxygen o ang acid mismo ay sumasailalim sa electrolysis, pagkatapos ay ang mga hydroxyl ions ay pinalabas, at hindi mga ions ng oxygen residues. Ang mga neutral na grupo ng OH na nabuo sa panahon ng paglabas ng mga hydroxyl ions ay agad na nabubulok ayon sa equation:

4OH → 2H2O + O2

Bilang isang resulta, ang oxygen ay inilabas sa anode.

Electrolysis ng nickel chloride solution NiCl 2

Ang solusyon ay naglalaman ng Ni 2+ at Cl - ions, pati na rin ang H + at OH - ions sa mga hindi gaanong konsentrasyon. Kapag naipasa ang kasalukuyang, ang Ni 2+ ions ay lumipat sa cathode, at ang Cl - ions ay lumipat sa anode. Ang pagkuha ng dalawang electron mula sa katod, ang Ni 2+ ions ay nagiging mga neutral na atomo na pinakawalan mula sa solusyon. Ang katod ay unti-unting pinahiran ng nikel.

Ang mga chlorine ions, na umaabot sa anode, ay nagbibigay ng mga electron dito at nagiging mga chlorine atoms, na, kapag pinagsama sa mga pares, ay bumubuo ng mga chlorine molecule. Ang klorin ay inilabas sa anode.

Kaya, sa katod mayroong proseso ng pagbawi, sa anod - proseso ng oksihenasyon.

Electrolysis ng potassium iodide solution KI

Ang potassium iodide ay nasa solusyon sa anyo ng K + at I - ions. Kapag naipasa ang kasalukuyang, ang mga K + ions ay lumipat sa katod, ang mga I-ion ay lumipat sa anode. Ngunit dahil ang potassium ay nasa kaliwa ng hydrogen sa serye ng boltahe, hindi ang mga potassium ions ang pinalabas sa katod, ngunit ang mga hydrogen ions ng tubig. Ang mga atomo ng hydrogen na nabuo sa kasong ito ay pinagsama sa mga molekula ng H 2, at sa gayon ang hydrogen ay inilabas sa katod.

Habang ang mga hydrogen ions ay pinalabas, parami nang parami ang mga molekula ng tubig na naghihiwalay, bilang isang resulta kung saan ang mga hydroxyl ions (pinakawalan mula sa molekula ng tubig) ay naipon sa katod, pati na rin ang mga K + ions, na patuloy na lumilipat sa katod. Ang isang solusyon ng KOH ay nabuo.

Ang yodo ay inilabas sa anode, dahil ang mga I - ions ay mas madaling ma-discharge kaysa sa hydroxyl ions ng tubig.

Electrolysis ng potassium sulfate solution

Ang solusyon ay naglalaman ng K + ions, SO 4 2- at H + at OH - ions mula sa tubig. Dahil ang mga K + ions ay mas mahirap i-discharge kaysa sa H + ions, at SO 4 2- ions kaysa sa OH - ions, kung gayon kapag ang isang electric current ay naipasa, ang mga hydrogen ions ay ilalabas sa cathode, at ang mga hydroxyl group sa anode, na ay, sa katunayan, electrolysis ng tubig. Kasabay nito, dahil sa paglabas ng hydrogen at hydroxyl ions ng tubig at ang patuloy na paggalaw ng K + ions sa katod, at SO 4 2- ions sa anode, isang alkali solution (KOH) ay nabuo sa katod, at isang sulfuric acid solution ay nabuo sa anode.

Electrolysis ng copper sulfate solution na may tansong anode

Ang electrolysis ay nangyayari sa isang espesyal na paraan kapag ang anode ay gawa sa parehong metal na ang asin ay nasa solusyon. Sa kasong ito, walang mga ions na na-discharge sa anode, ngunit ang anode mismo ay unti-unting natutunaw, nagpapadala ng mga ions sa solusyon at nag-donate ng mga electron sa kasalukuyang pinagmulan.

Ang buong proseso ay bumababa sa paglabas ng tanso sa katod at ang unti-unting paglusaw ng anode. Ang halaga ng CuSO 4 sa solusyon ay nananatiling hindi nagbabago.

Mga batas ng electrolysis (M. Faraday)

1. Ang dami ng bigat ng substance na inilabas sa panahon ng electrolysis ay proporsyonal sa dami ng kuryenteng dumadaloy sa solusyon at halos hindi nakadepende sa ibang mga salik.

2. Pantay na dami ng kuryente ang inilalabas sa panahon ng electrolysis mula sa iba't ibang kemikal na compound sa katumbas na dami ng mga substance.

3. Upang ihiwalay ang isang gramo na katumbas ng anumang substansiya mula sa isang electrolyte solution, 96,500 coulomb ng kuryente ang dapat ipasa sa solusyon.

m (x) = ((I t) / F) (M (x) / n)

kung saan ang m (x) ay ang dami ng nabawas o na-oxidized na substance (g);

I ay ang lakas ng ipinadala na kasalukuyang (a);

t - (mga) oras ng electrolysis;

M(x) - molar mass;

n ay ang bilang ng mga electron na nakuha o ibinigay sa redox reactions;

F - pare-pareho ng Faraday (96500 cool/mol).

Batay sa formula na ito, maaari kang gumawa ng ilang mga kalkulasyon na nauugnay sa proseso ng electrolysis, halimbawa:

1. Kalkulahin ang mga halaga ng mga sangkap na inilabas o nabubulok ng isang tiyak na halaga ng kuryente;

2. Hanapin ang kasalukuyang lakas sa pamamagitan ng dami ng substance na inilabas at ang oras na ginugol sa paglabas nito;

3. Tukuyin kung gaano katagal bago mailabas ang isang tiyak na halaga ng isang sangkap sa isang ibinigay na kasalukuyang.

Halimbawa 1

Ilang gramo ng tanso ang ilalabas sa cathode kapag ang isang kasalukuyang 5 amperes ay dumaan sa isang solusyon ng copper sulfate CuSO 4 sa loob ng 10 minuto?

Solusyon

Alamin natin ang dami ng kuryente na dumadaloy sa solusyon:

Q = Ito,

kung saan ako ang kasalukuyang sa amperes;

t – oras sa mga segundo.

Q = 5A 600 s = 3000 coulomb

Ang katumbas ng tanso (sa. mass 63.54) ay 63.54: 2 = 31.77. Samakatuwid, ang 96500 coulomb ay naglalabas ng 31.77 g ng tanso. Kinakailangang dami ng tanso:

m = (31.77 3000) / 96500 » 0.98 g

Halimbawa 2

Gaano katagal aabutin upang pumasa sa isang kasalukuyang ng 10 amperes sa pamamagitan ng isang acid solution upang makakuha ng 5.6 litro ng hydrogen (sa normal na mga kondisyon)?

Solusyon

Nahanap namin ang dami ng kuryente na dapat dumaan sa solusyon upang mailabas mula dito ang 5.6 litro ng hydrogen. Mula noong 1 g-eq. ang hydrogen ay sumasakop sa n. u. volume ay 11.2 l, pagkatapos ay ang kinakailangang halaga ng kuryente

Q = (96500 5.6) / 11.2 = 48250 coulomb

Tukuyin natin ang kasalukuyang oras ng pagpasa:

t = Q / I = 48250 / 10 = 4825 s = 1 h 20 min 25 s

Halimbawa 3

Kapag nagpapasa ng isang kasalukuyang sa pamamagitan ng isang solusyon ng pilak na asin sa katod, ito ay inilabas sa loob ng 10 minuto. 1 g pilak. Tukuyin ang kasalukuyang lakas.

Solusyon

1 g-eq. ang pilak ay katumbas ng 107.9 g. Upang makapaglabas ng 1 g ng pilak, 96500 ay dapat dumaan sa solusyon: 107.9 = 894 coulomb. Kaya ang kasalukuyang lakas

I = 894 / (10 60)" 1.5A

Halimbawa 4

Hanapin ang katumbas ng lata kung sa kasalukuyang 2.5 amperes mula sa solusyon ng SnCl 2 sa loob ng 30 minuto. 2.77 g ng lata ay inilabas.

Solusyon

Ang dami ng kuryenteng dumadaan sa solusyon sa loob ng 30 minuto.

Q = 2.5 30 60 = 4500 coulombs

Dahil para sa paglabas ng 1 g-eq. Kinakailangan ang 96,500 coulomb, pagkatapos ay ang katumbas ng lata.

E Sn = (2.77 96500) / 4500 = 59.4

Kaagnasan

Bago tapusin ang ating pagtalakay sa electrochemistry, ilapat natin ang kaalaman na ating nakuha sa pag-aaral ng isang napakahalagang suliranin - kaagnasan mga metal Ang kaagnasan ay sanhi ng mga reaksiyong pagbabawas ng oksihenasyon kung saan ang isang metal, bilang resulta ng pakikipag-ugnayan sa ilang sangkap sa kapaligiran nito, ay nagiging isang hindi kanais-nais na tambalan.

Ang isa sa pinakakilalang proseso ng kaagnasan ay ang kalawang ng bakal. Mula sa isang pang-ekonomiyang punto ng view, ito ay isang napakahalagang proseso. Tinatayang 20% ​​ng bakal na ginawa taun-taon sa Estados Unidos ay ginagamit upang palitan ang mga produktong bakal na hindi na nagagamit dahil sa kalawang.

Ito ay kilala na ang oxygen ay kasangkot sa kalawang ng bakal; ang iron ay hindi nag-oxidize sa tubig sa kawalan ng oxygen. Ang tubig ay nakikibahagi rin sa proseso ng kalawang; ang bakal ay hindi nabubulok sa oxygenated na langis hangga't walang bakas ng tubig dito. Ang kalawang ay pinabilis ng maraming mga kadahilanan, tulad ng pH ng kapaligiran, ang pagkakaroon ng mga asing-gamot sa loob nito, ang pakikipag-ugnay ng bakal na may metal, na mas mahirap i-oxidize kaysa sa bakal, pati na rin sa ilalim ng impluwensya ng mekanikal na stress.

Ang kaagnasan ng bakal ay sa prinsipyo ay isang prosesong electrochemical. Ang ilang bahagi ng ibabaw ng bakal ay nagsisilbing anode kung saan nangyayari ang oksihenasyon nito:

Fe(solid) → Fe 2+ (aq) + 2e - Eº oxide = 0.44 V

Ang mga electron na nabuo sa kasong ito ay gumagalaw sa pamamagitan ng metal patungo sa ibang mga lugar ng ibabaw, na gumaganap ng papel ng isang katod. Ang pagbawas ng oxygen ay nangyayari sa kanila:

O 2 (g.) + 4H + (aq.) + 4e - → 2H 2 O (l.) Eº restore = 1.23 V

Tandaan na ang mga H + ions ay lumahok sa proseso ng pagbawas ng O 2. Kung bumababa ang konsentrasyon ng H+ (i.e., habang tumataas ang pH), nagiging mas mahirap ang pagbawas ng O2. Napansin na ang bakal na nakakaugnay sa isang solusyon na ang pH ay higit sa 9-10 ay hindi nabubulok. Sa panahon ng proseso ng kaagnasan, ang mga Fe 2+ ions na nabuo sa anode ay na-oxidized sa Fe 3+. Ang Fe 3+ ions ay bumubuo ng hydrated iron (III) oxide, na tinatawag na kalawang:

4Fe 2+ (aq.) + O 2 (g.) + 4H 2 O (l.) +2 X H 2 O (l.) → 2Fe 2 O 3 . x H2O( tv.) + 8H + (aq.)

Dahil ang papel ng cathode ay kadalasang ginagampanan ng bahaging iyon ng ibabaw na pinakamainam na binibigyan ng pag-agos ng oxygen, kadalasang lumilitaw ang kalawang sa mga lugar na ito. Kung maingat mong susuriin ang isang pala na matagal nang nakatayo sa bukas, mahalumigmig na hangin na may dumi na dumikit sa talim, mapapansin mo na ang mga pagkalumbay ay nabuo sa ilalim ng dumi sa ibabaw ng metal, at ang kalawang ay lumitaw saanman kung saan maaaring O2. tumagos.

Ang pagtaas ng kaagnasan sa pagkakaroon ng mga asing-gamot ay kadalasang nararanasan ng mga motorista sa mga lugar kung saan ang mga kalsada ay masaganang binuburan ng asin sa taglamig upang labanan ang mga nagyeyelong kondisyon. Ang epekto ng mga asing-gamot ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na ang mga ions na kanilang nabuo ay lumikha ng electrolyte na kinakailangan para sa pagbuo ng isang closed electrical circuit.

Ang pagkakaroon ng anodic at cathodic site sa ibabaw ng bakal ay humahantong sa paglikha ng dalawang magkaibang kemikal na kapaligiran dito. Maaari silang lumitaw dahil sa pagkakaroon ng mga impurities o mga depekto sa kristal na sala-sala (tila ay sanhi ng mga stress sa loob ng metal). Sa mga lokasyon kung saan umiiral ang mga naturang impurities o depekto, ang microscopic na kapaligiran ng isang partikular na iron atom ay maaaring maging sanhi ng oxidation state nito na bahagyang tumaas o bumaba mula sa mga normal na posisyon sa crystal lattice. Samakatuwid, ang mga naturang lugar ay maaaring maglaro ng papel na ginagampanan ng mga anod o cathodes. Ang ultra-pure iron, kung saan ang bilang ng naturang mga depekto ay nabawasan sa pinakamaliit, ay mas malamang na ma-corrode kaysa sa ordinaryong bakal.

Ang bakal ay madalas na pinahiran ng pintura o ilang iba pang metal, tulad ng lata, zinc, o chromium, upang maprotektahan ang ibabaw nito mula sa kaagnasan. Ang tinatawag na "tinplate" ay nakuha sa pamamagitan ng pagtakip ng sheet na bakal na may manipis na layer ng lata. Pinoprotektahan lamang ng lata ang bakal hangga't nananatiling buo ang protective layer. Sa sandaling ito ay nasira, ang hangin at kahalumigmigan ay nagsisimulang makaapekto sa bakal; Pinapabilis pa ng lata ang kaagnasan ng bakal dahil nagsisilbi itong cathode sa proseso ng electrochemical corrosion. Ang paghahambing ng mga potensyal na oksihenasyon ng bakal at lata ay nagpapakita na ang bakal ay mas madaling na-oxidize kaysa sa lata:

Fe (solid) → Fe 2+ (aq.) + 2e - Eº oxide = 0.44 V

Sn (tv.) → Sn 2+ (aq.) + 2e - Eº oxide = 0.14 V

Samakatuwid, ang bakal ay nagsisilbing anode sa kasong ito at na-oxidized.

Ang "galvanized" (galvanized) na bakal ay ginawa sa pamamagitan ng patong sa bakal ng manipis na layer ng zinc. Pinoprotektahan ng zinc ang bakal mula sa kaagnasan kahit na nasira ang integridad ng patong. Sa kasong ito, ang bakal ay gumaganap ng papel ng isang katod sa panahon ng proseso ng kaagnasan, dahil ang zinc ay mas madaling mag-oxidize kaysa sa bakal:

Zn (solid) → Zn 2+ (aq.) + 2e - Eº oxide = 0.76 V

Dahil dito, ang zinc ay nagsisilbing anode at nabubulok sa halip na bakal. Ang ganitong uri ng proteksyon ng metal, kung saan ito ay gumaganap ng papel ng isang katod sa proseso ng electrochemical corrosion, ay tinatawag na proteksyon ng cathodic. Ang mga tubo na inilatag sa ilalim ng lupa ay madalas na protektado mula sa kaagnasan sa pamamagitan ng paggawa ng mga ito bilang katod ng isang electrochemical cell. Upang gawin ito, ang mga bloke ng ilang aktibong metal, kadalasang magnesiyo, ay inilibing sa lupa kasama ang pipeline at konektado sa wire sa mga tubo. Sa basa-basa na lupa, ang aktibong metal ay gumaganap bilang isang anode, at ang bakal na tubo ay tumatanggap ng cathodic protection.

Bagama't ang aming talakayan ay nakatuon sa bakal, hindi lamang ito ang metal na madaling kapitan ng kaagnasan. Kasabay nito, maaaring tila kakaiba na ang isang aluminyo ay maaaring, na walang ingat na iniwan sa bukas na hangin, ay hindi masusukat na mas mabagal kaysa sa isang bakal. Sa paghusga sa karaniwang mga potensyal na oksihenasyon ng aluminyo (Eº oxide = 1.66 V) at bakal (Eº oxide = 0.44 V), dapat asahan na ang kaagnasan ng aluminyo ay dapat mangyari nang mas mabilis. Ang mabagal na kaagnasan ng aluminyo ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng ang katunayan na ang isang manipis, siksik na pelikula ng oksido ay bumubuo sa ibabaw nito, na nagpoprotekta sa pinagbabatayan na metal mula sa karagdagang kaagnasan. Ang Magnesium, na may mataas na potensyal na oksihenasyon, ay protektado mula sa kaagnasan dahil sa pagbuo ng parehong oxide film. Sa kasamaang palad, ang oxide film sa ibabaw ng bakal ay may masyadong maluwag na istraktura at hindi kayang lumikha ng maaasahang proteksyon. Gayunpaman, ang isang magandang proteksiyon na oxide film ay nabubuo sa ibabaw ng iron-chromium alloys. Ang ganitong mga haluang metal ay tinatawag na hindi kinakalawang na asero.

Ang mga reaksyon ng redox ay kinabibilangan ng mga sinamahan ng paggalaw ng mga electron mula sa isang particle patungo sa isa pa. Kapag isinasaalang-alang ang mga pattern ng redox reaksyon, ang konsepto ng antas ng oksihenasyon ay ginagamit.

Katayuan ng oksihenasyon

Konsepto estado ng oksihenasyon ipinakilala upang makilala ang estado ng mga elemento sa mga koneksyon. Ang ibig sabihin ng estado ng oksihenasyon ang kumbensyonal na singil ng isang atom sa isang tambalan, na kinakalkula batay sa pagpapalagay na ang tambalan ay binubuo ng mga ion. Ang estado ng oksihenasyon ay ipinapahiwatig ng isang Arabic numeral na may plus sign kapag ang mga electron ay inilipat mula sa isang ibinigay na atom patungo sa isa pang atom at ng isang numero na may minus sign kapag ang mga electron ay inilipat sa kabaligtaran na direksyon. Ang isang numero na may "+" o "-" na palatandaan ay inilalagay sa itaas ng simbolo ng elemento. Ang numero ng oksihenasyon ay nagpapahiwatig ng estado ng oksihenasyon ng isang atom at ito ay isang maginhawang anyo lamang para sa accounting para sa paglipat ng elektron: hindi ito dapat ituring na alinman sa epektibong singil ng isang atom sa isang molekula (halimbawa, sa isang molekula ng LiF, ang mga epektibong singil ng Li at F ay +0.89 at -0, ayon sa pagkakabanggit. 89, habang ang mga estado ng oksihenasyon ay +1 at -1), o bilang valency ng elemento (halimbawa, sa mga compound na CH 4, CH 3 OH, HCOOH, CO 2, ang valence ng carbon ay 4, at ang mga estado ng oksihenasyon ay ayon sa pagkakabanggit -4, -2, + 2, +4). Ang mga numerical value ng valency at oxidation state ay maaaring magkasabay sa absolute value lamang kapag nabuo ang mga compound na may ionic na istraktura.

Kapag tinutukoy ang antas ng oksihenasyon, ginagamit ang mga sumusunod na patakaran:

Ang mga atomo ng mga elemento na nasa isang libreng estado o sa anyo ng mga molekula ng mga simpleng sangkap ay may estado ng oksihenasyon na zero, halimbawa Fe, Cu, H 2, N 2, atbp.

Ang estado ng oksihenasyon ng isang elemento sa anyo ng isang monoatomic ion sa isang compound na mayroong isang ionic na istraktura ay katumbas ng singil ng ion na ito,

1 -1 +2 -2 +3 -1

halimbawa, NaCl, Cu S, AlF 3.

Ang hydrogen sa karamihan ng mga compound ay may oxidation state na +1, maliban sa metal hydride (NaH, LiH), kung saan ang oxidation state ng hydrogen ay -1.

Ang pinakakaraniwang estado ng oksihenasyon ng oxygen sa mga compound ay -2, maliban sa mga peroxide (Na 2 O 2, H 2 O 2), kung saan ang estado ng oksihenasyon ng oxygen ay –1 at F 2 O, kung saan ang estado ng oksihenasyon ng oxygen ay +2.

Para sa mga elemento na may variable na estado ng oksihenasyon, ang halaga nito ay maaaring kalkulahin sa pamamagitan ng pag-alam sa formula ng tambalan at isinasaalang-alang na ang algebraic na kabuuan ng mga estado ng oksihenasyon ng lahat ng mga elemento sa isang neutral na molekula ay zero. Sa isang kumplikadong ion, ang kabuuan na ito ay katumbas ng singil ng ion. Halimbawa, ang estado ng oksihenasyon ng chlorine atom sa molekula ng HClO 4, na kinakalkula batay sa kabuuang singil ng molekula = 0, kung saan ang x ay ang estado ng oksihenasyon ng chlorine atom), ay +7. Ang estado ng oksihenasyon ng sulfur atom sa (SO 4) 2- [x + 4(-2) = -2] ion ay +6.

Mga katangian ng redox ng mga sangkap

Ang anumang reaksyon ng redox ay binubuo ng mga proseso ng oksihenasyon at pagbabawas. Oksihenasyon - ay ang proseso ng pagbibigay ng mga electron sa pamamagitan ng isang atom, ion, o molekula ng isang reactant. Mga sangkap na nagbibigay ang kanilang mga electron sa panahon ng reaksyon at na-oxidized ay tinatawag mga nagpapanumbalik.

Ang pagbabawas ay ang proseso ng isang atom na tumatanggap ng mga electron ion o molekula ng reagent.

Ang mga sangkap na tumatanggap ng mga electron at nababawasan sa proseso ay tinatawag na oxidizing agent.

Ang mga reaksyon ng pagbabawas ng oksihenasyon ay palaging nangyayari bilang isang proseso na tinatawag reaksyon ng redox. Halimbawa, kapag ang metal na zinc ay nakikipag-ugnayan sa mga ion ng tanso ahente ng pagbabawas Ang (Zn) ay nag-donate ng mga electron nito ahente ng oxidizing– mga ion ng tanso (Cu 2+):

Zn + Cu 2+ Zn 2+ + Cu

Ang tanso ay inilabas sa ibabaw ng zinc, at ang mga zinc ions ay napupunta sa solusyon.

Ang mga katangian ng redox ng mga elemento ay nauugnay sa istraktura ng kanilang mga atomo at tinutukoy ng kanilang posisyon sa periodic system D.I. Mendeleev. Ang pagbabawas ng kakayahan ng elemento ay dahil sa mahinang bono ng valence electron sa nucleus. Ang mga metal na atom na naglalaman ng isang maliit na bilang ng mga electron sa panlabas na antas ng enerhiya ay madaling mawala ang mga ito, i.e. ay madaling na-oxidized, naglalaro ng papel ng pagbabawas ng mga ahente. Ang pinakamakapangyarihang mga ahente ng pagbabawas ay ang pinaka-aktibong mga metal.

Ang criterion para sa aktibidad ng redox ng mga elemento ay maaaring ang kanilang halaga relatibong electronegativity: mas mataas ito, mas malinaw ang kakayahang mag-oxidizing ng elemento, at mas mababa ito, mas malinaw ang aktibidad ng pagbabawas nito. Ang mga non-metal na atom (halimbawa, F, O) ay may mataas na electron affinity at relative electronegativity; madali silang tumanggap ng mga electron, i.e. ay mga ahente ng oxidizing.

Ang mga katangian ng redox ng isang elemento ay nakasalalay sa antas ng oksihenasyon nito. Para sa parehong elemento mayroong iba't ibang mas mababa, mas mataas at intermediate na estado ng oksihenasyon.

Bilang halimbawa, isaalang-alang ang sulfur S at ang mga compound nito H 2 S, SO 2 at SO 3. Ang ugnayan sa pagitan ng elektronikong istraktura ng sulfur atom at ang mga katangian ng redox nito sa mga compound na ito ay malinaw na ipinakita sa Talahanayan 1.

Sa molekula ng H 2 S, ang sulfur atom ay may matatag na pagsasaayos ng octet ng panlabas na antas ng enerhiya na 3s 2 3p 6 at samakatuwid ay hindi na makakapagdagdag ng mga electron, ngunit maaari itong ibigay.

Ang estado ng isang atom kung saan hindi na nito matanggap ang mga electron ay tinatawag na pinakamababang estado ng oksihenasyon.

Sa pinakamababang estado ng oksihenasyon, nawawala ang kakayahan ng atom sa pag-oxidize at maaari lamang maging isang reducing agent.

Talahanayan 1.

Formula ng sangkap	Electronic formula	Mga katangian ng redox
	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6	–2 ; - 6 ; - 8 ahente ng pagbabawas
	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4	+ 2 oxidizer	–4 ; - 6 ahente ng pagbabawas
	1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p o	+ 4 ; + 6 oxidizer	-2 ahente ng pagbabawas
	1s 2 2s 2 2p 6 3s o 3p 0	+ 2 ; + 6 ; + 8 oxidizer

Sa molekula ng SO 3, ang lahat ng mga panlabas na electron ng sulfur atom ay inililipat sa mga atomo ng oxygen. Samakatuwid, sa kasong ito, ang sulfur atom ay maaari lamang tumanggap ng mga electron, na nagpapakita ng mga katangian ng oxidizing.

Ang estado ng isang atom kung saan ibinigay nito ang lahat ng valence electron nito ay tinatawag na pinakamataas na estado ng oksihenasyon. Ang isang atom sa pinakamataas na estado ng oksihenasyon ay maaari lamang maging isang ahente ng oxidizing.

Sa SO 2 molecule at elemental sulfur S, ang sulfur atom ay matatagpuan sa intermediate na estado ng oksihenasyon, ibig sabihin, ang pagkakaroon ng mga electron ng valence, maaaring ibigay ng atom ang mga ito, ngunit walang kumpleto R - sublevel, maaari ring tumanggap ng mga electron hanggang sa makumpleto ito.

Ang isang atom ng isang elemento na may isang intermediate na estado ng oksihenasyon ay maaaring magpakita ng parehong mga katangian ng pag-oxidizing at pagbabawas, na tinutukoy ng papel nito sa isang partikular na reaksyon.

Halimbawa, ang papel ng sulfite anion SO sa mga sumusunod na reaksyon ay naiiba:

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4  2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O (1)

H 2 SO 3 + 2 H 2 S  3 S + 3 H 2 O (2)

Sa reaksyon (1), ang sulfite anion SO sa pagkakaroon ng isang malakas na ahente ng oxidizing, ang KMnO 4 ay gumaganap ng papel ng isang ahente ng pagbabawas; sa reaksyon (2) sulfite anion SO - isang oxidizing agent, dahil ang H 2 S ay maaari lamang magpakita ng mga nagpapababang katangian.

Kaya, kabilang sa mga kumplikadong sangkap mga nagpapanumbalik ay maaaring maging:

1. Mga simpleng sangkap na ang mga atomo ay may mababang ionization energies at electronegativity (sa partikular, mga metal).

2. Mga kumplikadong sangkap na naglalaman ng mga atom sa mas mababang estado ng oksihenasyon:

H Cl,H 2 S,N H 3

Na 2 S O3, Fe Cl2, Si Sn(NO 3) 2 .

Mga ahente ng oxidizing ay maaaring maging:

1. Mga simpleng sangkap na ang mga atomo ay may mataas na halaga ng electron affinity at electronegativity - nonmetals.

2. Mga kumplikadong sangkap na naglalaman ng mga atomo sa mas mataas na estado ng oksihenasyon: +7 +6 +7

K Mn O 4 , K 2 Cr 2 O 7, HClO 4.

3. Ang mga kumplikadong sangkap na naglalaman ng mga atomo sa intermediate oxidation states:

Na 2 S O3, Mn O2, Mn SO4.