خصائص الاختزال لها خصائص الأكسدة والاختزال

2024 مؤلف: Angel Austin | [email protected]. آخر تعديل: 2024-01-02 17:40

خصائص الأكسدة والاختزال للذرات الفردية وكذلك الأيونات هي قضية مهمة في الكيمياء الحديثة. تساعد هذه المادة في شرح نشاط العناصر والمواد لإجراء مقارنة تفصيلية للخواص الكيميائية للذرات المختلفة.

ما هو العامل المؤكسد

العديد من المهام في الكيمياء ، بما في ذلك أسئلة الاختبار لامتحان الحالة الموحدة في الصف 11 ، و OGE في الصف 9 ، مرتبطة بهذا المفهوم. يعتبر العامل المؤكسد ذرات أو أيونات تقبل الإلكترونات من أيون أو ذرة أخرى في عملية التفاعل الكيميائي. إذا قمنا بتحليل الخصائص المؤكسدة للذرات ، فإننا نحتاج إلى النظام الدوري لمندليف. في الفترات الموجودة في الجدول من اليسار إلى اليمين ، تزداد قدرة الذرات على الأكسدة ، أي أنها تتغير بشكل مشابه للخصائص غير المعدنية. في المجموعات الفرعية الرئيسية ، تقل هذه المعلمة من أعلى إلى أسفل. من بين أقوى المواد البسيطة ذات القدرة على التأكسد ، يحتل الفلور الصدارة. مصطلح مثل "الكهربية" ، أي قدرة الذرة على التحمل في حالة تفاعل كيميائييمكن اعتبار الإلكترونات مرادفًا لخصائص الأكسدة. من بين المواد المعقدة التي تتكون من عنصرين كيميائيين أو أكثر ، يمكن اعتبار العوامل المؤكسدة اللامعة: برمنجنات البوتاسيوم ، كلورات البوتاسيوم ، الأوزون.

ما هو العامل المختزل

الخصائص المختزلة للذرات هي سمة من سمات المواد البسيطة التي تظهر خصائص معدنية. في الجدول الدوري ، تضعف الخصائص المعدنية من اليسار إلى اليمين في فترات ، وفي المجموعات الفرعية الرئيسية (رأسياً) تزداد. جوهر الاسترداد هو عودة الإلكترونات الموجودة على مستوى الطاقة الخارجية. كلما زاد عدد قذائف الإلكترون (المستويات) ، كان من الأسهل التخلي عن إلكترونات "إضافية" أثناء التفاعل الكيميائي.

المعادن النشطة (القلوية ، القلوية الترابية) لها خصائص اختزال ممتازة. بالإضافة إلى ذلك ، المواد التي تظهر معلمات متشابهة ، نسلط الضوء على أكسيد الكبريت (6) وأول أكسيد الكربون. من أجل الحصول على أقصى حالة أكسدة ، تضطر هذه المركبات لإظهار خصائص الاختزال.

عملية الأكسدة

إذا أعطت ذرة أو أيون إلكترونات أثناء تفاعل كيميائي لذرة أخرى (أيون) ، فإننا نتحدث عن عملية الأكسدة. لتحليل كيفية اختزال الخواص وتغير الطاقة المؤكسدة ، ستحتاج إلى جدول دوري للعناصر ، بالإضافة إلى معرفة بالقوانين الحديثة للفيزياء.

عملية الاستعادة

تتضمن عمليات الاختزال قبول الأيونات لأي منهماذرات الإلكترونات من ذرات أخرى (أيونات) أثناء التفاعل الكيميائي المباشر. عوامل الاختزال الممتازة هي النتريت ، كبريتات الفلزات القلوية. تتغير الخصائص المختزلة في نظام العناصر بشكل مشابه للخصائص المعدنية للمواد البسيطة.

خوارزمية الإعراب الإجمالي

لكي يضع الطالب المعاملات في التفاعل الكيميائي النهائي ، من الضروري استخدام خوارزمية خاصة. تساعد خصائص الأكسدة والاختزال أيضًا في حل المشكلات الحسابية المختلفة في الكيمياء التحليلية والعضوية والعامة. نقترح ترتيب تحليل أي رد فعل:

1. أولاً ، من المهم تحديد حالة الأكسدة لكل عنصر متاح باستخدام القواعد.
2. بعد ذلك ، تلك الذرات أو الأيونات التي غيرت حالة الأكسدة الخاصة بها مصممة على المشاركة في التفاعل.
3. تشير علامتا الطرح والجمع إلى عدد الإلكترونات الحرة المعطاة والمستلمة أثناء تفاعل كيميائي.
4. بعد ذلك ، بين عدد جميع الإلكترونات ، يتم تحديد المضاعف المشترك الأدنى ، أي عدد صحيح مقسم بدون باقي على الإلكترونات المستلمة والمحددة.
5. ثم يتم تقسيمها إلى الإلكترونات المشاركة في التفاعل الكيميائي.
6. بعد ذلك ، نحدد أي الأيونات أو الذرات لها خصائص مختزلة ، وكذلك نحدد العوامل المؤكسدة.
7. في المرحلة النهائية ضع المعاملات في المعادلة

باستخدام طريقة التوازن الإلكتروني ، لنضع المعاملات في مخطط التفاعل هذا:

NaMnO₄+ كبريتيد الهيدروجين + حامض الكبريتيك=S + Mn SO_{4+… +…}

خوارزمية لحل المشكلة

دعنا نتعرف على المواد التي يجب أن تتكون بعد التفاعل. نظرًا لوجود عامل مؤكسد بالفعل في التفاعل (سيكون منجنيز) ويتم تحديد عامل الاختزال (سيكون كبريتًا) ، يتم تكوين مواد لم تعد فيها حالات الأكسدة تتغير. نظرًا لحدوث التفاعل الرئيسي بين الملح وحمض قوي يحتوي على الأكسجين ، سيكون الماء أحد المادتين النهائيتين ، والثاني سيكون ملح الصوديوم ، وبصورة أدق ، كبريتات الصوديوم.

الآن دعونا نضع مخططًا لإعطاء الإلكترونات واستقبالها:

- Mn^{+ 7}يأخذ 5 e=Mn^{+ 2.}

الجزء الثاني من المخطط:

- S^-2gives2e=S⁰

نضع المعاملات في التفاعل الأولي ، ولا ننسى أن نجمع كل ذرات الكبريت في أجزاء المعادلة.

2NaMnO₄+ 5H₂S + 3H₂SO₄=5S + 2MnSO₄+ 8H₂O + Na₂SO_4.

تحليل الإجمالي الذي يشمل بيروكسيد الهيدروجين

باستخدام خوارزمية تحليل OVR ، يمكننا تكوين معادلة للتفاعل المستمر:

بيروكسيد الهيدروجين + حمض الكبريتيك + برماغنات البوتاسيوم=Mn SO_{4+ أكسجين + … + …}

تغيرت حالات الأكسدة أيون الأكسجين (في بيروكسيد الهيدروجين) وكاتيون المنغنيز في برمنجنات البوتاسيوم. وهذا يعني أن لدينا عامل اختزال وكذلك عامل مؤكسد.

دعونا نحدد نوع المواد التي لا يزال من الممكن الحصول عليها بعد التفاعل. سيكون أحدها الماء ، والذي من الواضح أنه تفاعل بين حمض وملح. لم يشكل البوتاسيوم شكلا جديداالمواد ، والمنتج الثاني سيكون ملح البوتاسيوم ، أي كبريتات ، لأن التفاعل كان مع حامض الكبريتيك.

مخطط:

2O^{- تبرع بـ}2 إلكترونات وتتحول إلى O ₂⁰5

Mn^{+ 7}يقبل 5 إلكترونات ويصبح Mn ion^{+ 22}

اضبط المعاملات.

5H₂O₂+ 3H₂SO₄+ 2KMnO₄=5O₂+ 2Mn SO₄+ 8H₂O + K₂SO₄

مثال على تحليل OVR الذي يتضمن كرومات البوتاسيوم

باستخدام طريقة التوازن الإلكتروني ، سنقوم بعمل معادلة بالمعامِلات:

FeCl₂+ حمض الهيدروكلوريك + كرومات البوتاسيوم=FeCl₃+ CrCl_{3+ … +…}

حالات الأكسدة المتغيرة الحديد (في كلوريد الحديديك II) وأيون الكروم في ثنائي كرومات البوتاسيوم.

الآن دعونا نحاول معرفة المواد الأخرى المكونة. يمكن للمرء أن يكون ملح. بما أن البوتاسيوم لم يشكل أي مركب ، فإن المنتج الثاني سيكون ملح بوتاسيوم ، وبصورة أدق ، كلوريد ، لأن التفاعل حدث مع حمض الهيدروكلوريك.

لنرسم رسمًا بيانيًا:

Fe^{+ 2}يعطي e= Fe^{+ 36 مخفض ،}

2Cr^{+ 6}يقبل 6 e=2Cr^{+31 مؤكسد.}

ضع المعاملات في رد الفعل الأولي:

6K₂Cr₂O₇+ FeCl₂+ 14HCl=7H₂O + 6FeCl₃+ 2CrCl_{3+ 2KCl}

مثالالتحليل الإجمالي الذي يشمل يوديد البوتاسيوم

مسلحين بالقواعد ، فلنقم بمعادلة:

برمنجنات البوتاسيوم + حامض الكبريتيك + يوديد البوتاسيوم … كبريتات المنغنيز + اليود + … + …

تغيرت حالات الأكسدة المنغنيز واليود. أي ، عامل مختزل وعامل مؤكسد موجودان.

الآن دعنا نكتشف ما ننتهي إليه. سيكون المركب بالبوتاسيوم أي سنحصل على كبريتات البوتاسيوم.

تحدث عمليات الاسترداد في أيونات اليود.

دعونا نضع مخطط نقل الإلكترون:

- Mn^{+ 7}يقبل 5 e=Mn^{+ 22 مؤكسد ،}

- 2I^-أعط بعيدا 2 e=I₂^{05 هو عامل مختزل.}

ضع المعاملات في التفاعل الأولي ، ولا تنس أن تلخص كل ذرات الكبريت في هذه المعادلة.

210KI + KMnO₄+ 8H₂SO₄=2MnSO₄+ 5I₂+ 6K₂SO₄+ 8H 2_O

مثال على تحليل الإجمالي الذي يشمل كبريتات الصوديوم

باستخدام الطريقة الكلاسيكية ، سنقوم بتكوين معادلة للدائرة:

- حامض الكبريتيك + KMnO_{4+ كبريتات الصوديوم … كبريتات الصوديوم + كبريتات المنغنيز +… + …}

بعد التفاعل نحصل على ملح الصوديوم والماء

لنرسم رسمًا بيانيًا:

- Mn^{+ 7}يأخذ 5 e=Mn^{+ 22،}

- S^{+ 4}يعطي 2 e=S^{+ 65.}

رتب المعامِلات في التفاعل قيد الدراسة ، ولا تنسَ إضافة ذرات الكبريت عند ترتيب المعاملات.

3H₂SO₄+ 2KMnO₄+ 5Na₂SO₃=K₂SO₄+ 2MnSO₄+ 5Na₂لذا₄+ 3H_2O.

مثال على تحليل الإجمالي الذي يشمل النيتروجين

لنقم بالمهمة التالية. باستخدام الخوارزمية ، سنقوم بتكوين معادلة التفاعل الكاملة:

- نترات المنغنيز + حمض النيتريك + PbO₂=HMnO₄+ Pb (NO₃₎2₊

دعونا نحلل المادة التي لا تزال تتشكل. نظرًا لحدوث التفاعل بين عامل مؤكسد قوي وملح ، فهذا يعني أن المادة ستكون ماء.

أظهر التغير في عدد الإلكترونات:

- Mn^{+ 2}يعطي 5 e=Mn^{+ 72 يعرض خصائص العامل المختزل ،}

- Pb^{+ 4}يأخذ 2 e=Pb^{+ 25 مؤكسد.}

3. نرتب المعاملات في التفاعل الأولي ، تأكد من إضافة كل النيتروجين المتاح على الجانب الأيسر من المعادلة الأصلية:

- 2Mn (NO₃)₂+ 6HNO₃+ 5PbO 2_=2HMnO4_{+ 5Pb (NO}3 ₎2_{+ 2H}2_O.

هذا التفاعل لا يظهر خصائص الاختزال للنيتروجين.

تفاعل الأكسدة والاختزال الثاني مع النيتروجين:

Zn + حامض الكبريتيك + HNO₃=ZnSO_{4+ NO +…}

- Zn⁰التخلي عن 2 e=Zn^{+ 23 سيكون مرممًا ،}

N^{+ 5}يقبل 3 e=N^{+ 22 مؤكسد.}

رتب المعاملات في رد فعل معين:

3Zn + 3H₂SO₄+ 2HNO₃=3ZnSO₄+ 2NO + 4H_2O.

أهمية تفاعلات الأكسدة والاختزال

أشهر تفاعلات الاختزال هي التمثيل الضوئي ، وهي خاصية مميزة للنباتات. كيف تتغير الخصائص التصالحية؟ تحدث العملية في المحيط الحيوي ، وتؤدي إلى زيادة الطاقة بمساعدة مصدر خارجي. هذه هي الطاقة التي تستخدمها البشرية لتلبية احتياجاتها. من بين أمثلة تفاعلات الأكسدة والاختزال المرتبطة بالعناصر الكيميائية ، تعتبر تحولات النيتروجين والكربون ومركبات الأكسجين ذات أهمية خاصة. بفضل عملية التمثيل الضوئي ، يحتوي الغلاف الجوي للأرض على تركيبة ضرورية لتطور الكائنات الحية. بفضل عملية التمثيل الضوئي ، لا تزداد كمية ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، ولا يسخن سطح الأرض. لا يتطور النبات بمساعدة تفاعل الأكسدة والاختزال فحسب ، بل يتكون أيضًا من مواد مثل الأكسجين والجلوكوز الضرورية للإنسان. بدون هذا التفاعل الكيميائي ، تكون الدورة الكاملة للمواد في الطبيعة مستحيلة ، وكذلك وجود الحياة العضوية.

تطبيق عملي لـ RIA

من أجل الحفاظ على سطح المعدن ، عليك أن تعرف أن المعادن النشطة لها خصائص ترميمية ، بحيث يمكنك تغطية السطح بطبقة من عنصر أكثر نشاطًا ، مع إبطاء عملية التآكل الكيميائي. نظرًا لوجود خصائص الأكسدة والاختزال ، يتم تنقية مياه الشرب وتطهيرها. لا يمكن حل أي مشكلة دون وضع المعاملات بشكل صحيح في المعادلة. من أجل تجنب الأخطاء ، من المهم أن يكون لديك فهم لكل الأكسدة والاختزالالمعلمات.

حماية ضد التآكل الكيميائي

التآكل مشكلة خاصة لحياة الإنسان ونشاطه. نتيجة لهذا التحول الكيميائي ، يحدث تدمير المعدن ، وتفقد أجزاء السيارة ، والأدوات الآلية خصائصها التشغيلية. من أجل تصحيح مثل هذه المشكلة ، يتم استخدام حماية المداس ، ويتم طلاء المعدن بطبقة من الورنيش أو الطلاء ، ويتم استخدام السبائك المضادة للتآكل. على سبيل المثال ، سطح الحديد مغطى بطبقة من المعدن النشط - الألومنيوم.

الخلاصة

تحدث تفاعلات شفاء مختلفة في جسم الإنسان ، مما يضمن الأداء الطبيعي للجهاز الهضمي. ترتبط عمليات الحياة الأساسية مثل التخمير والانحلال والتنفس أيضًا بالخصائص التصالحية. تتمتع جميع الكائنات الحية على كوكبنا بقدرات مماثلة. بدون تفاعلات مع عودة الإلكترونات وقبولها ، يكون التعدين والإنتاج الصناعي للأمونيا والقلويات والأحماض أمرًا مستحيلًا. في الكيمياء التحليلية ، تعتمد جميع طرق التحليل الحجمي بدقة على عمليات الأكسدة والاختزال. إن الكفاح ضد هذه الظاهرة غير السارة مثل التآكل الكيميائي يعتمد أيضًا على المعرفة بهذه العمليات.