De redox-eigenschappen van zowel individuele atomen als ionen zijn een belangrijk onderwerp in de moderne scheikunde. Dit materiaal helpt om de activiteit van elementen en stoffen te verklaren, om een gedetailleerde vergelijking te maken van de chemische eigenschappen van verschillende atomen.
Wat is een oxidatiemiddel
Veel taken in de scheikunde, waaronder testvragen voor het staatsexamen in klas 11 en de OGE in klas 9, zijn gekoppeld aan dit concept. Een oxidatiemiddel wordt beschouwd als atomen of ionen die, in het proces van chemische interactie, elektronen van een ander ion of atoom accepteren. Als we de oxiderende eigenschappen van atomen analyseren, hebben we het periodiek systeem van Mendelejev nodig. In perioden in de tabel van links naar rechts neemt het oxiderende vermogen van atomen toe, dat wil zeggen, het verandert op dezelfde manier als niet-metalen eigenschappen. In de hoofdsubgroepen neemt deze parameter van boven naar beneden af. Een van de sterkste eenvoudige stoffen met oxiderend vermogen is fluor. Een term zoals "elektronegativiteit", dat wil zeggen het vermogen van een atoom om te nemen in het geval van een chemische interactieelektronen, kan worden beschouwd als synoniem met oxiderende eigenschappen. Onder complexe stoffen die uit twee of meer chemische elementen bestaan, kunnen heldere oxidatiemiddelen worden overwogen: kaliumpermanganaat, kaliumchloraat, ozon.
Wat is een reductiemiddel
De reducerende eigenschappen van atomen zijn kenmerkend voor eenvoudige stoffen die metaalachtige eigenschappen vertonen. In het periodiek systeem verzwakken metaaleigenschappen in perioden van links naar rechts, en in de hoofdsubgroepen (verticaal) nemen ze toe. De essentie van herstel is de terugkeer van elektronen, die zich op het externe energieniveau bevinden. Hoe groter het aantal elektronenschillen (niveaus), hoe gemakkelijker het is om "extra" elektronen weg te geven tijdens de chemische interactie.
Actieve (alkalische, aardalkali) metalen hebben uitstekende reducerende eigenschappen. Bovendien, stoffen die vergelijkbare parameters vertonen, benadrukken we zwaveloxide (6), koolmonoxide. Om de maximale oxidatietoestand te verkrijgen, worden deze verbindingen gedwongen om reducerende eigenschappen te vertonen.
Oxidatieproces
Als tijdens een chemische interactie een atoom of een ion elektronen afstaat aan een ander atoom (ion), hebben we het over het proces van oxidatie. Om te analyseren hoe reducerende eigenschappen en oxiderende kracht veranderen, heb je een periodiek systeem der elementen nodig, evenals kennis van moderne natuurwetten.
Herstelproces
Reductieprocessen omvatten de acceptatie door ionen van een van beideatomen van elektronen van andere atomen (ionen) tijdens directe chemische interactie. Uitstekende reductiemiddelen zijn nitrieten, sulfieten van alkalimetalen. De reducerende eigenschappen in het systeem van elementen veranderen op dezelfde manier als de metallische eigenschappen van eenvoudige stoffen.
OVR-ontledingsalgoritme
Om de student de coëfficiënten in de voltooide chemische reactie te laten plaatsen, is het noodzakelijk om een speciaal algoritme te gebruiken. Redox-eigenschappen helpen ook bij het oplossen van verschillende rekenproblemen in analytische, organische en algemene chemie. We raden de volgorde van het ontleden van een reactie aan:
- Ten eerste is het belangrijk om de oxidatietoestand van elk beschikbaar element te bepalen met behulp van de regels.
- Vervolgens wordt bepaald dat de atomen of ionen die hun oxidatietoestand hebben veranderd, deelnemen aan de reactie.
- De min- en plustekens geven het aantal vrije elektronen aan dat wordt gegeven en ontvangen tijdens een chemische reactie.
- Vervolgens wordt tussen het aantal van alle elektronen het minimale gemene veelvoud bepaald, dat wil zeggen een geheel getal dat zonder rest wordt gedeeld door de ontvangen en gegeven elektronen.
- Dan wordt het verdeeld in de elektronen die betrokken zijn bij de chemische reactie.
- Vervolgens bepalen we welke ionen of atomen reducerende eigenschappen hebben en bepalen we ook oxidatiemiddelen.
- Plaats in de laatste fase de coëfficiënten in de vergelijking.
Laten we met behulp van de elektronische balansmethode de coëfficiënten in dit reactieschema plaatsen:
NaMnO4 + waterstofsulfide + zwavelzuur=S + Mn SO4 +…+…
Algoritme voor het oplossen van het probleem
Laten we eens kijken welke stoffen na de interactie moeten worden gevormd. Omdat er al een oxidatiemiddel in de reactie zit (het zal mangaan zijn) en een reductiemiddel is gedefinieerd (het zal zwavel zijn), worden er stoffen gevormd waarin de oxidatietoestanden niet meer veranderen. Aangezien de hoofdreactie plaatsvond tussen het zout en een sterk zuurstofhoudend zuur, zal een van de uiteindelijke stoffen water zijn, en de tweede zal natriumzout zijn, meer bepaald natriumsulfaat.
Laten we nu een schema maken voor het geven en ontvangen van elektronen:
- Mn+7 neemt 5 e=Mn+2.
Tweede deel van het schema:
- S-2 gives2e=S0
We hebben de coëfficiënten in de eerste reactie gezet, en niet te vergeten alle zwavelatomen in de delen van de vergelijking op te tellen.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Analyse van OVR met waterstofperoxide
Met behulp van het OVR-ontledingsalgoritme kunnen we een vergelijking opstellen voor de aan de gang zijnde reactie:
waterstofperoxide + zwavelzuur + kaliumpermagnaat=Mn SO4 + zuurstof + …+…
De oxidatietoestanden veranderden het zuurstofion (in waterstofperoxide) en het mangaankation in kaliumpermanganaat. Dat wil zeggen, we hebben zowel een reductiemiddel als een oxidatiemiddel.
Laten we eens kijken wat voor stoffen er nog kunnen worden verkregen na de interactie. Een daarvan zal water zijn, wat duidelijk een reactie is tussen een zuur en een zout. Kalium vormde geen nieuwestoffen, zal het tweede product een kaliumzout zijn, namelijk sulfaat, aangezien de reactie met zwavelzuur was.
Schema:
2O – doneert 2 elektronen en verandert in O 2 0 5
Mn+7 accepteert 5 elektronen en wordt Mn-ion+2 2
Stel de coëfficiënten in.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Voorbeeld van OVR-analyse met kaliumchromaat
Met behulp van de elektronische balansmethode zullen we een vergelijking maken met coëfficiënten:
FeCl2 + zoutzuur + kaliumchromaat=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oxidatietoestanden veranderden ijzer (in ferrichloride II) en chroomionen in kaliumdichromaat.
Laten we nu proberen uit te zoeken welke andere stoffen worden gevormd. Een kan zout zijn. Aangezien kalium geen enkele verbinding vormde, zal het tweede product daarom een kaliumzout zijn, meer bepaald chloride, omdat de reactie plaatsvond met zoutzuur.
Laten we een diagram maken:
Fe+2 geeft e= Fe+3 6 verloopstuk,
2Cr+6 accepteert 6 e=2Cr +31 oxidatiemiddel.
Zet de coëfficiënten in de eerste reactie:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
VoorbeeldOVR-analyse met kaliumjodide
Gewapend met de regels, laten we een vergelijking maken:
kaliumpermanganaat + zwavelzuur + kaliumjodide…mangaansulfaat + jodium +…+…
Oxidatietoestanden veranderden mangaan en jodium. Dat wil zeggen dat er een reductiemiddel en een oxidatiemiddel aanwezig zijn.
Laten we nu eens kijken waar we mee eindigen. De verbinding zal met kalium zijn, dat wil zeggen, we zullen kaliumsulfaat krijgen.
Herstelprocessen vinden plaats in jodium-ionen.
Laten we een elektronenoverdrachtschema opstellen:
- Mn+7 accepteert 5 e=Mn+2 2 is een oxidant,
- 2I- weggeven 2 e=I2 0 5 is een reductiemiddel.
Plaats de coëfficiënten in de eerste reactie, vergeet niet alle zwavelatomen in deze vergelijking op te tellen.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Voorbeeld van analyse van OVR met natriumsulfiet
Met de klassieke methode zullen we een vergelijking voor het circuit opstellen:
- zwavelzuur + KMnO4 + natriumsulfiet… natriumsulfaat + mangaansulfaat +…+…
Na interactie krijgen we natriumzout, water.
Laten we een diagram maken:
- Mn+7 neemt 5 e=Mn+2 2,
- S+4 geeft 2 e=S+6 5.
Rangschik de coëfficiënten in de betreffende reactie, vergeet niet de zwavelatomen toe te voegen bij het rangschikken van de coëfficiënten.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Voorbeeld van analyse van OVR met stikstof
Laten we de volgende taak doen. Met behulp van het algoritme zullen we de volledige reactievergelijking opstellen:
- mangaannitraat + salpeterzuur + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Laten we eens analyseren welke stof er nog gevormd wordt. Aangezien de reactie plaatsvond tussen een sterk oxidatiemiddel en zout, betekent dit dat de stof water zal zijn.
Toon de verandering in het aantal elektronen:
- Mn+2 geeft weg 5 e=Mn+7 2 vertoont de eigenschappen van een reductiemiddel,
- Pb+4 neemt 2 e=Pb+2 5 oxidatiemiddel.
3. We rangschikken de coëfficiënten in de eerste reactie, zorg ervoor dat u alle beschikbare stikstof aan de linkerkant van de oorspronkelijke vergelijking bij elkaar optelt:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Deze reactie vertoont niet de reducerende eigenschappen van stikstof.
Tweede redoxreactie met stikstof:
Zn + zwavelzuur + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 give away 2 e=Zn+23 wordt een restaurateur,
N+5accepteert 3 e=N+2 2 is een oxidatiemiddel.
Rangschik de coëfficiënten in een gegeven reactie:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Het belang van redoxreacties
De bekendste reductiereacties zijn fotosynthese, wat kenmerkend is voor planten. Hoe veranderen herstellende eigenschappen? Het proces vindt plaats in de biosfeer, leidt tot een toename van energie met behulp van een externe bron. Het is deze energie die de mensheid gebruikt voor haar behoeften. Onder de voorbeelden van oxidatieve en reductiereacties die verband houden met chemische elementen, zijn transformaties van stikstof-, koolstof- en zuurstofverbindingen van bijzonder belang. Dankzij fotosynthese heeft de atmosfeer van de aarde zo'n samenstelling die nodig is voor de ontwikkeling van levende organismen. Dankzij fotosynthese neemt de hoeveelheid koolstofdioxide in de luchtschil niet toe, het aardoppervlak raakt niet oververhit. De plant ontwikkelt zich niet alleen met behulp van een redoxreactie, maar vormt ook stoffen als zuurstof en glucose die nodig zijn voor de mens. Zonder deze chemische reactie is een volledige cyclus van stoffen in de natuur onmogelijk, evenals het bestaan van organisch leven.
Praktische toepassing van RIA
Om het oppervlak van het metaal te behouden, moet je weten dat actieve metalen herstellende eigenschappen hebben, zodat je het oppervlak kunt bedekken met een laag van een actiever element, terwijl het proces van chemische corrosie wordt vertraagd. Door de aanwezigheid van redox-eigenschappen wordt drinkwater gezuiverd en gedesinfecteerd. Geen enkel probleem kan worden opgelost zonder de coëfficiënten correct in de vergelijking te plaatsen. Om fouten te voorkomen, is het belangrijk om inzicht te hebben in alle redoxparameters.
Bescherming tegen chemische corrosie
Corrosie is een bijzonder probleem voor het leven en de activiteit van de mens. Als gevolg van deze chemische transformatie vindt de vernietiging van het metaal plaats, de onderdelen van de auto, werktuigmachines verliezen hun operationele kenmerken. Om een dergelijk probleem op te lossen, wordt een loopvlakbescherming gebruikt, wordt metaal gecoat met een laag vernis of verf en worden corrosiewerende legeringen gebruikt. Een ijzeren oppervlak is bijvoorbeeld bedekt met een laag actief metaal - aluminium.
Conclusie
Verschillende herstelreacties komen voor in het menselijk lichaam, zorgen voor de normale werking van het spijsverteringsstelsel. Dergelijke basale levensprocessen als fermentatie, verval en ademhaling worden ook geassocieerd met herstellende eigenschappen. Alle levende wezens op onze planeet hebben vergelijkbare vermogens. Zonder reacties met de terugkeer en acceptatie van elektronen, is mijnbouw, industriële productie van ammoniak, alkaliën en zuren onmogelijk. In de analytische chemie zijn alle methoden van volumetrische analyse precies gebaseerd op redoxprocessen. De strijd tegen zo'n onaangenaam fenomeen als chemische corrosie is ook gebaseerd op de kennis van deze processen.
