Redoxní vlastnosti jednotlivých atomů i iontů jsou důležitou otázkou v moderní chemii. Tento materiál pomáhá vysvětlit aktivitu prvků a látek, provádět podrobné srovnání chemických vlastností různých atomů.
Co je oxidační činidlo
S tímto konceptem je spojeno mnoho úkolů z chemie, včetně testových otázek pro jednotnou státní zkoušku v 11. ročníku a OGE v 9. ročníku. Za oxidační činidlo se považují atomy nebo ionty, které v procesu chemické interakce přijímají elektrony od jiného iontu nebo atomu. Pokud analyzujeme oxidační vlastnosti atomů, potřebujeme periodický systém Mendělejeva. V periodách umístěných v tabulce zleva doprava se oxidační schopnost atomů zvyšuje, to znamená, že se mění podobně jako nekovové vlastnosti. V hlavních podskupinách se tento parametr snižuje shora dolů. Mezi nejsilnějšími jednoduchými látkami s oxidační schopností je v čele fluor. Termín jako "elektronegativita", to znamená schopnost atomu přijmout v případě chemické interakceelektrony, lze považovat za synonymum oxidačních vlastností. Mezi komplexní látky, které se skládají ze dvou nebo více chemických prvků, lze považovat za jasná oxidační činidla: manganistan draselný, chlorečnan draselný, ozon.
Co je redukční činidlo
Redukční vlastnosti atomů jsou charakteristické pro jednoduché látky, které vykazují kovové vlastnosti. V periodické tabulce vlastnosti kovů zleva doprava v periodách slábnou a v hlavních podskupinách (vertikálně) rostou. Podstatou obnovy je návrat elektronů, které se nacházejí na vnější energetické úrovni. Čím větší je počet elektronových obalů (úrovní), tím snazší je během chemické interakce uvolňovat „přebytečné“elektrony.
Aktivní kovy (alkalické, alkalické zeminy) mají vynikající redukční vlastnosti. Kromě toho, látky vykazující podobné parametry, zdůrazňujeme oxid sírový (6), oxid uhelnatý. Aby bylo dosaženo maximálního oxidačního stavu, jsou tyto sloučeniny nuceny vykazovat redukční vlastnosti.
Proces oxidace
Pokud během chemické interakce atom nebo iont předá elektrony jinému atomu (iontu), mluvíme o procesu oxidace. K analýze toho, jak se mění redukční vlastnosti a oxidační síla, budete potřebovat periodickou tabulku prvků a také znalost moderních fyzikálních zákonů.
Proces obnovy
Redukční procesy zahrnují přijetí iontů obouatomy elektronů od jiných atomů (iontů) při přímé chemické interakci. Vynikajícími redukčními činidly jsou dusitany, siřičitany alkalických kovů. Redukční vlastnosti v soustavě prvků se mění podobně jako kovové vlastnosti jednoduchých látek.
Algoritmus analýzy OVR
Aby student mohl umístit koeficienty do hotové chemické reakce, je nutné použít speciální algoritmus. Redoxní vlastnosti také pomáhají řešit různé výpočetní problémy v analytické, organické a obecné chemii. Doporučujeme pořadí analýzy jakékoli reakce:
- Nejprve je důležité určit oxidační stav každého dostupného prvku pomocí pravidel.
- Dále jsou ty atomy nebo ionty, které změnily svůj oxidační stav, určeny k účasti na reakci.
- Znaménka mínus a plus označují počet volných elektronů daných a přijatých během chemické reakce.
- Dále se mezi počtem všech elektronů určí minimální společný násobek, tedy celé číslo, které se beze zbytku vydělí přijatými a danými elektrony.
- Pak se rozdělí na elektrony zapojené do chemické reakce.
- Dále určíme, které ionty nebo atomy mají redukční vlastnosti, a také určíme oxidační činidla.
- V konečné fázi vložte koeficienty do rovnice.
Pomocí metody elektronického vyvažování umístěte koeficienty do tohoto reakčního schématu:
NaMnO4 + sirovodík + kyselina sírová=S + Mn SO4 +…+…
Algoritmus pro řešení problému
Pojďme zjistit, které látky by měly vzniknout po interakci. Vzhledem k tomu, že v reakci je již oxidační činidlo (bude to mangan) a je definováno redukční činidlo (bude to síra), vznikají látky, ve kterých se již oxidační stavy nemění. Protože hlavní reakce probíhala mezi solí a silnou kyselinou obsahující kyslík, jednou z konečných látek bude voda a druhou sodná sůl, přesněji síran sodný.
Nyní vytvoříme schéma pro dávání a přijímání elektronů:
- Mn+7 zabere 5 e=Mn+2.
Druhá část schématu:
- S-2 gives2e=S0
Vložili jsme koeficienty do počáteční reakce a nezapomněli jsme sečíst všechny atomy síry v částech rovnice.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Analýza OVR zahrnující peroxid vodíku
Pomocí parsačního algoritmu OVR můžeme sestavit rovnici pro probíhající reakci:
peroxid vodíku + kyselina sírová + manganistan draselný=Mn SO4 + kyslík + …+…
Oxidační stavy změnily ionty kyslíku (v peroxidu vodíku) a kationty manganu v manganistanu draselném. To znamená, že máme redukční činidlo i oxidační činidlo.
Pojďme určit, jaké látky lze po interakci ještě získat. Jednou z nich bude voda, což je zcela zjevně reakce mezi kyselinou a solí. Draslík nevytvořil novýlátek, druhým produktem bude draselná sůl, konkrétně síran, protože reakce probíhala s kyselinou sírovou.
Schéma:
2O – daruje 2 elektronů a promění se v O 2 0 5
Mn+7 přijímá 5 elektronů a stává se iontem Mn+2 2
Nastavte koeficienty.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Příklad OVR analýzy zahrnující chroman draselný
Použitím metody elektronického vyvažování vytvoříme rovnici s koeficienty:
FeCl2 + kyselina chlorovodíková + chroman draselný=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oxidační stavy změnily železo (v chloridu železitém II) a ionty chrómu v dichromanu draselném.
Nyní se pokusme zjistit, jaké další látky vznikají. Jedna může být sůl. Protože draslík nevytvářel žádnou sloučeninu, bude druhým produktem draselná sůl, přesněji chlorid, protože reakce probíhala s kyselinou chlorovodíkovou.
Udělejme schéma:
Fe+2 dává e= Fe+3 6 redukce,
2Cr+6 přijímá 6 e=2Cr +31 okysličovadlo.
Uveďte koeficienty do počáteční reakce:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
PříkladOVR analýza zahrnující jodid draselný
Vyzbrojeni pravidly, pojďme vytvořit rovnici:
manganistan draselný + kyselina sírová + jodid draselný…síran manganatý + jód +…+…
Oxidační stavy změnily mangan a jód. To znamená, že jsou přítomny redukční činidlo a oxidační činidlo.
Teď pojďme zjistit, k čemu jsme nakonec dospěli. Sloučenina bude s draslíkem, to znamená, že získáme síran draselný.
Procesy obnovy probíhají v iontech jódu.
Pojďme sestavit schéma přenosu elektronů:
- Mn+7 přijímá 5 e=Mn+2 2 je oxidant,
- 2I- give away 2 e=I2 0 5 je redukční činidlo.
Umístěte koeficienty do počáteční reakce, nezapomeňte sečíst všechny atomy síry v této rovnici.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Příklad analýzy OVR zahrnující siřičitan sodný
Pomocí klasické metody sestavíme rovnici pro obvod:
- kyselina sírová + KMnO4 + siřičitan sodný… síran sodný + síran manganatý +…+…
Po interakci získáme sodnou sůl, vodu.
Udělejme schéma:
- Mn+7 zabere 5 e=Mn+2 2,
- S+4 dává 2 e=S+6 5.
Uspořádejte koeficienty v uvažované reakci, při uspořádání koeficientů nezapomeňte přidat atomy síry.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Příklad analýzy OVR zahrnující dusík
Udělejme následující úkol. Pomocí algoritmu sestavíme kompletní reakční rovnici:
- dusičnan manganu + kyselina dusičná + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Pojďme analyzovat, jaká látka se ještě tvoří. Protože reakce probíhala mezi silným oxidačním činidlem a solí, znamená to, že látkou bude voda.
Ukázat změnu v počtu elektronů:
- Mn+2 rozdává 5 e=Mn+7 2 vykazuje vlastnosti redukčního činidla,
- Pb+4 bere 2 e=Pb+2 5 okysličovadlo.
3. Uspořádáme koeficienty v počáteční reakci, nezapomeňte sečíst veškerý dostupný dusík na levé straně původní rovnice:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Tato reakce nevykazuje redukční vlastnosti dusíku.
Druhá redoxní reakce s dusíkem:
Zn + kyselina sírová + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 rozdat 2 e=Zn+23 bude restaurátor,
N+5přijímá 3 e=N+2 2 je okysličovadlo.
Uspořádejte koeficienty v dané reakci:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Význam redoxních reakcí
Nejznámější redukční reakce jsou fotosyntéza, která je charakteristická pro rostliny. Jak se mění regenerační vlastnosti? Proces se vyskytuje v biosféře, vede ke zvýšení energie pomocí vnějšího zdroje. Právě tuto energii lidstvo využívá pro své potřeby. Mezi příklady oxidačních a redukčních reakcí spojených s chemickými prvky jsou zvláště důležité přeměny sloučenin dusíku, uhlíku a kyslíku. Zemská atmosféra má díky fotosyntéze takové složení, které je nezbytné pro vývoj živých organismů. Díky fotosyntéze se nezvyšuje množství oxidu uhličitého ve vzdušném obalu, nedochází k přehřívání zemského povrchu. Rostlina se nevyvíjí pouze pomocí redoxní reakce, ale tvoří také látky, jako je kyslík a glukóza, které jsou pro člověka nezbytné. Bez této chemické reakce je úplný cyklus látek v přírodě nemožný, stejně jako existence organického života.
Praktická aplikace RIA
Abyste zachovali povrch kovu, musíte vědět, že aktivní kovy mají regenerační vlastnosti, takže můžete povrch pokrýt vrstvou aktivnějšího prvku a zároveň zpomalit proces chemické koroze. Díky přítomnosti redoxních vlastností se pitná voda čistí a dezinfikuje. Žádný problém nelze vyřešit bez správného umístění koeficientů do rovnice. Aby se předešlo chybám, je důležité rozumět všem redoxnímparametry.
Ochrana proti chemické korozi
Koroze je zvláštní problém pro lidský život a činnost. V důsledku této chemické přeměny dochází k destrukci kovu, části automobilu, obráběcí stroje ztrácejí své provozní vlastnosti. K nápravě takového problému se používá ochrana běhounu, kov je potažen vrstvou laku nebo barvy a používají se antikorozní slitiny. Například železný povrch je pokryt vrstvou aktivního kovu - hliníku.
Závěr
V lidském těle dochází k různým regeneračním reakcím, které zajišťují normální fungování trávicího systému. Takové základní životní procesy jako fermentace, rozklad, dýchání jsou také spojeny s obnovujícími vlastnostmi. Všechny živé bytosti na naší planetě mají podobné schopnosti. Bez reakcí s návratem a přijetím elektronů je těžba, průmyslová výroba čpavku, zásad a kyselin nemožná. V analytické chemii jsou všechny metody objemové analýzy založeny právě na redoxních procesech. Na znalosti těchto procesů je založen i boj proti tak nepříjemnému jevu, jakým je chemická koroze.
