Redox-reaktiot

Kokeneet kirjoittajat eivät ole vielä tarkistaneet sivun nykyistä versiota, ja se voi poiketa merkittävästi 18.9.2022 tarkistetusta versiosta . vahvistus vaatii 1 muokkauksen .

Redox-reaktiot


Mediatiedostot Wikimedia Commonsissa

Redox-reaktiot (ORD) , myös redox (lyhenne englanniksi redox , sanasta red uction - hapetus - pelkistys-hapetus) - vastakkaiset kemialliset reaktiot , jotka tapahtuvat reagoivien aineiden (tai ionien) muodostavien atomien hapetusasteiden muuttuessa aineet ), joka toteutuu elektronien uudelleenjakaumalla hapettavan atomin ( akseptori ) ja pelkistävän atomin (luovuttaja) välillä.

Historiallinen tausta

Muinaisista ajoista lähtien tiedemiehet ovat uskoneet, että hapettuminen on flogistonin (erityinen näkymätön palava aine, jonka termin esitteli Johann Becher ) häviämistä, ja palauttaminen on sen hankkimista. Mutta sen jälkeen kun A. Lavoisier loi happiteorian palamisesta vuonna 1777, 1800-luvun alkuun mennessä kemistit alkoivat pitää aineiden vuorovaikutusta hapen kanssa hapettumisena ja niiden muuttumisen palautumisena . vety . Muut alkuaineet voivat kuitenkin toimia esimerkiksi hapettimena

\mathsf{Fe + 2HCl \rightarrow FeCl_2 + H_2\uparrow}

Tässä reaktiossa hapettava aine on vetyioni [1] - H + , ja rauta toimii pelkistimenä.

L. V. Pisarževskin vuonna 1914 kehittämän elektroni-ioniteorian mukaisesti hapetus-pelkistys on prosessi, jossa elektronit irrotetaan hapettavan elementin atomeista tai ioneista; Palautuminen on prosessi, jossa elektronit kiinnittyvät pelkistettävän elementin atomeihin tai ioneihin. Esimerkiksi reaktiossa

{\mathsf {{\stackrel {0}{\mbox{Zn}}}+{\stackrel {0}{\mbox{Cl}}}_{2}\rightarrow {\stackrel {+2}{ \mbox{Zn}}}{\stackrel {-1}{\mbox{Cl}}}_{2}}}

sinkkiatomi menettää kaksi elektronia, eli se hapettuu, ja kloorimolekyyli lisää ne, eli se pelkistyy.

Kuvaus

Redox-reaktion prosessissa pelkistävä aine luovuttaa elektroneja, eli se hapettuu ; Hapettava aine saa elektroneja, eli se pelkistyy . Lisäksi mikä tahansa redox-reaktio on kahden vastakkaisen muunnoksen - hapettumisen ja pelkistyksen - yksikkö, jotka tapahtuvat samanaikaisesti ja ilman toistensa erottamista toisistaan. [2]

Hapetus

Hapetus on prosessi, jossa elektroneja luovutetaan hapettumisasteen kasvaessa.

Kun aine hapetetaan , hapetusaste kasvaa elektronien luovutuksen seurauksena . Hapetun aineen atomeja kutsutaan elektronin luovuttajiksi ja hapettavan aineen atomeja kutsutaan elektronien vastaanottajiksi .

Joissakin tapauksissa hapettuessaan alkuperäisen aineen molekyyli voi muuttua epästabiiliksi ja hajota vakaampiin ja pienempiin ainesosiin (katso vapaat radikaalit ). Lisäksi joillakin tuloksena olevien molekyylien atomeista on korkeampi hapettumisaste kuin samoilla atomeilla alkuperäisessä molekyylissä.

Pelkistävä aine, joka luovuttaa elektroneja, saa hapettavia ominaisuuksia, muuttuen konjugoiduksi hapettimeksi (itse prosessia kutsutaan hapetukseksi):

pelkistävä aine - e - ↔ konjugoitu hapetin .

Sitoutumaton, vapaa elektroni on vahvin pelkistävä aine.

Palautuminen

Pelkistys on prosessi, jossa elektroneja lisätään aineen atomiin samalla kun sen hapetusaste laskee.

Myös pelkistyksen aikana atomit tai ionit kiinnittävät elektroneja . Tässä tapauksessa elementin hapetusaste laskee . Esimerkkejä: metallioksidien pelkistäminen vapaiksi metalleiksi käyttämällä vetyä , hiiltä tai muita aineita; orgaanisten happojen pelkistäminen aldehydeiksi ja alkoholeiksi ; rasvojen hydraus jne.

Hapettava aine, joka vastaanottaa elektroneja, saa pelkistäviä ominaisuuksia, muuttuen konjugoiduksi pelkistimeksi (itse prosessia kutsutaan pelkistykseksi):

hapetin + e − ↔ konjugoitu pelkistävä aine .

Redox pari

Hapettava aine ja sen pelkistetty muoto tai pelkistävä aine ja sen hapetettu muoto muodostavat konjugoidun redox-parin ja niiden keskinäiset muutokset ovat redox - puolireaktioita .

Missä tahansa redox-reaktiossa osallistuu kaksi konjugoitua redox-paria, joiden välillä käydään kilpailua elektroneista, minkä seurauksena tapahtuu kaksi puolireaktiota: toinen liittyy elektronien lisäämiseen eli pelkistykseen, toinen vapautumiseen. elektronien eli hapettumisen.

Redox-reaktioiden tyypit

Molekyylien välinen - reaktiot, joissa hapettavat ja pelkistävät atomit ovat eri aineiden molekyyleissä, esimerkiksi:

{\mathsf {H_{2}S+Cl_{2}\rightarrow S+2HCl))

Intramolekyyliset - reaktiot, joissa hapettavat ja pelkistävät atomit ovat saman aineen molekyyleissä, esimerkiksi:

{\displaystyle {\mathsf {2H_{2}O\rightarrow 2H_{2}+O_{2))))

Disproportionaatio (itsehapettuminen-itseparantuva) - reaktiot, joissa sama alkuaine toimii sekä hapettimena että pelkistimenä, esimerkiksi:

{\mathsf {H_{2}O+Cl_{2}\rightarrow HCl+HOCl))

Uudelleenmittaus (proportionaatio ) - reaktiot, joissa yksi hapetusaste saadaan saman alkuaineen kahdesta erilaisesta hapetusasteesta:

{\mathsf {SO_{2}+2H_{2}S\rightarrow 3S+2H_{2}O))

Esimerkkejä

Redox-reaktio vedyn ja fluorin välillä

{\mathsf {{\stackrel {0}{\mbox{H))}_{2}+{\stackrel {0}{\mbox{F))}_{2}\rightarrow 2{\stackrel {+1}{\mbox{H}}}{\stackrel {-1}{\mbox{F}}}}}

Se on jaettu kahteen puolireaktioon:

1) Hapetus:

{\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}} }

2) Palautus:

{\mathsf {{\mbox{F}}_{2}^{0}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{F}}^{-}} }

Elektronien luovutusprosessi on hapetus. Kun hapettuu, hapetusaste nousee.

{\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}} }

{\mathsf {{\mbox{S}}^{2-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{S}}^{0}\downarrow }}

{\mathsf {{\mbox{Al}}^{0}-3{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Al}}^{3+}}}

{\mathsf ({\mbox{Fe}}^{2+}-{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Fe}}^{3+}}}

{\mathsf {2{\mbox{Hal}}^{-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Hal}}_{2}^{0}} }

Elektronien lisäysprosessi on pelkistys. Pelkistettynä hapetusaste laskee:

{\mathsf {{\mbox{O}}_{2}^{0}+4{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{O}}^{2-} }}

{\mathsf {{\mbox{Mn}}^{7+}+5{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}

{\mathsf {{\mbox{Mn}}^{4+}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}

{\mathsf {{\mbox{Cr}}^{6+}+6{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Cr}}^{0}}}

Atomit tai ionit, jotka luovuttavat elektroneja tässä reaktiossa, ovat hapettavia aineita, ja elektroneja luovuttavat atomit tai ionit ovat pelkistäviä aineita.

Kemialliseen reaktioon joutuvien aineiden osuuden selvittämiseksi on usein tarpeen tasoittaa OVR. OVR-tasaus laskee stoikiometristen kertoimien (eli kunkin yhdisteen moolimäärän) löytämiseen. Stökiömetriset kertoimet voivat ottaa vain kokonaislukuarvoja 1:stä ja korkeammista, murto-stoikiometriset kertoimet ovat sallittuja vain joissakin tapauksissa, joissa kirjoitetaan termokemiallisia yhtälöitä fysikaalisen kemian kurssista . OVR-tasausmenetelmää on kaksi: puolireaktioiden menetelmä ja elektronisen tasapainon menetelmä. Elektronitasapainomenetelmä on yksinkertaisempi ja sitä käytetään reaktiossa kaasumaisessa väliaineessa (esimerkiksi palamisprosessit tai yhdisteiden lämpöhajoaminen). Puolireaktiomenetelmä on monimutkaisempi ja sitä käytetään reaktiossa nestemäisessä väliaineessa. Puolireaktiomenetelmä ei toimi vapailla atomeilla ja monoatomisilla ioneilla, vaan hiukkasilla, jotka todella ovat liuoksessa ja jotka muodostuvat reagoivien aineiden liukenemis- ja/tai dissosiaatioprosessien seurauksena. Molemmat menetelmät ovat tärkeässä asemassa eri oppilaitosten opiskelijoiden yleisen ja epäorgaanisen kemian peruskurssissa [3] .

Muistiinpanot

↑ Tässä, kuten monissa muissakin tapauksissa, vedyn katsotaan kuuluvan kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon ryhmään VII hapettavien halogeenien yläpuolelle .
↑ Ei ole väliä, siirtyvätkö elektronit atomista toiseen kokonaan ( ionisidos ) vai vedetäänkö ne vain enemmän tai vähemmän pois (polaarinen kovalenttinen sidos ). Siksi tässä tapauksessa puhumme elektronien paluusta tai liittymisestä riippumatta valenssisidoksen todellisesta tyypistä. Yleensä redox-prosessit voidaan määritellä reaktioiksi, jotka liittyvät elektronien siirtoon atomista toiseen. Toisin sanoen [kovalenttisten molekyyliyhdisteiden] valenssit näissä reaktioissa toimivat hapetustiloina . Tarkemmin, suppeassa mielessä hapetusaste tarkoittaa muun muassa valenssia.
↑ OVR puolireaktiomenetelmällä (pääsemätön linkki) . Kemia ja kemian teknologia elämässä (10.07.2013). Käyttöpäivä: 19. tammikuuta 2015. Arkistoitu alkuperäisestä 19. tammikuuta 2015. (määrätön)

Kirjallisuus

Khomchenko G.P., Sevastyanova K.I., Redox-reaktiot, 2. painos, M., 1980;
Carey F., Sandberg R., orgaanisen kemian jatkokurssi, käänn. englannista, kirja. 2, M., 1981, s. 119-41, 308-43;
March J., Organic Chemistry, käänn. englannista, osa 4, M., 1988, s. 259-341;
Turyai Ya. I., Redox-reaktiot ja potentiaalit analyyttisessä kemiassa, M., 1989;
Todres 3. V., Elektroninsiirto orgaanisessa ja organometallisessa kemiassa, julkaisussa: Itogi nauki i tekhniki. Ser. Organic Chemistry, osa 12, Moskova, 1989. S. I. Drakin, Z. V. Todres.

Katso myös

Happo-emäsreaktiot