Жеке атомдардың, сондай-ақ иондардың тотығу-тотықсыздану қасиеттері қазіргі химияның маңызды мәселесі болып табылады. Бұл материал элементтер мен заттардың белсенділігін түсіндіруге, әртүрлі атомдардың химиялық қасиеттерін егжей-тегжейлі салыстыруға көмектеседі.
Тотықтырғыш дегеніміз не
Химиядан көптеген тапсырмалар, соның ішінде 11-сыныптағы бірыңғай мемлекеттік емтиханға арналған тест сұрақтары және 9-сыныптағы ОГЕ осы ұғыммен байланысты. Тотықтырғыш деп химиялық әрекеттесу процесінде басқа ион немесе атомның электрондарын қабылдайтын атомдар немесе иондар қарастырылады. Атомдардың тотықтырғыш қасиеттерін талдасақ, Менделеевтің периодтық жүйесі қажет. Кестеде солдан оңға қарай орналасқан периодтарда атомдардың тотығу қабілеті жоғарылайды, яғни ол бейметалл қасиеттерге ұқсас өзгереді. Негізгі ішкі топтарда бұл параметр жоғарыдан төменге қарай төмендейді. Тотықтырғыш қасиеті бар ең күшті қарапайым заттардың ішінде фтор жетекші орында. «Электрондылық» сияқты термин, яғни химиялық әрекеттесу жағдайында атомның қабылдау қабілетіэлектрондарды тотықтырғыш қасиеттерімен синоним ретінде қарастыруға болады. Екі немесе одан да көп химиялық элементтерден тұратын күрделі заттардың ішінде жарқын тотықтырғыштарды қарастыруға болады: калий перманганаты, калий хлораты, озон.
Тотықсыздандырғыш дегеніміз не
Атомдардың тотықсыздандырғыш қасиеттері металдық қасиет көрсететін жай заттарға тән. Периодтық жүйеде металдық қасиеттер периодтарда солдан оңға қарай әлсірейді, ал негізгі топшаларда (тігінен) жоғарылайды. Қалпына келтірудің мәні сыртқы энергетикалық деңгейде орналасқан электрондардың қайтарылуы болып табылады. Электрондық қабаттардың (деңгейлердің) саны неғұрлым көп болса, химиялық әрекеттесу кезінде «артық» электрондарды беру оңайырақ болады.
Белсенді (сілтілі, сілтілі-жер) металдар тамаша қалпына келтіретін қасиеттерге ие. Сонымен қатар, ұқсас параметрлерді көрсететін заттар, біз күкірт оксиді (6), көміртегі тотығы бөлектейміз. Максималды тотығу дәрежесін алу үшін бұл қосылыстар тотықсыздандырғыш қасиеттерді көрсетуге мәжбүр.
Тотығу процесі
Егер химиялық әрекеттесу кезінде атом немесе ион басқа атомға (ионға) электрон берсе, онда біз тотығу процесі туралы айтып отырмыз. Тотықсыздандырғыш қасиеттері мен тотықтырғыш қуатының қалай өзгеретінін талдау үшін элементтердің периодтық кестесі, сонымен қатар қазіргі физика заңдарын білу қажет.
Қалпына келтіру процесі
Тотықсыздану процестері кез келген ионның қабылдауын қамтидытікелей химиялық әрекеттесу кезінде басқа атомдардан (иондардан) электрондардың атомдары. Өте жақсы тотықсыздандырғыштар – нитриттер, сілтілі металдардың сульфиттері. Элементтер жүйесіндегі қалпына келтіру қасиеттері қарапайым заттардың металдық қасиеттеріне ұқсас өзгереді.
OVR талдау алгоритмі
Студенттің дайын химиялық реакциядағы коэффициенттерді орналастыруы үшін арнайы алгоритмді қолдану қажет. Тотығу-тотықсыздану қасиеттері аналитикалық, органикалық және жалпы химиядағы әртүрлі есептеу есептерін шешуге де көмектеседі. Кез келген реакцияны талдау ретін ұсынамыз:
- Біріншіден, ережелерді пайдалана отырып, әрбір қолжетімді элементтің тотығу күйін анықтау маңызды.
- Кейін тотығу күйін өзгерткен атомдар немесе иондар реакцияға қатысатыны анықталды.
- Минус және плюс таңбалары химиялық реакция кезінде берілген және қабылданған бос электрондардың санын көрсетеді.
- Содан кейін барлық электрондар санының арасында ең кіші ортақ еселік анықталады, яғни алынған және берілген электрондарға қалдықсыз бөлінген бүтін сан.
- Содан кейін ол химиялық реакцияға қатысатын электрондарға бөлінеді.
- Содан кейін қандай иондардың немесе атомдардың тотықсыздандырғыш қасиеттері бар екенін анықтаймыз, сонымен қатар тотықтырғыштарды анықтаймыз.
- Соңғы кезеңде коэффициенттерді теңдеуге қойыңыз.
Электрондық теңгерім әдісін пайдаланып, коэффициенттерді осы реакция схемасына орналастырайық:
NaMnO4 + күкіртсутек + күкірт қышқылы=S + Mn SO4 +…+…
Есепті шешу алгоритмі
Әсерлескеннен кейін қандай заттар түзілуі керек екенін анықтайық. Реакцияда тотықтырғыш бар (ол марганец болады) және тотықсыздандырғыш анықталғандықтан (ол күкірт болады), тотығу күйлері енді өзгермейтін заттар түзіледі. Негізгі реакция тұз бен құрамында күшті оттегі бар қышқыл арасында жүріп жатқандықтан, соңғы заттардың бірі су, екіншісі натрий тұзы, дәлірек айтқанда, натрий сульфаты болады.
Енді электрондарды беру және қабылдау схемасын құрастырайық:
- Mn+7 5 қабылдайды e=Mn+2.
Схеманың екінші бөлігі:
- S-2 береді2e=S0
Теңдеудің бөліктеріндегі барлық күкірт атомдарын қорытындылауды ұмытпай, бастапқы реакцияға коэффициенттерді қоямыз.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Сутегі асқын тотығы бар OVR талдауы
OVR талдау алгоритмін пайдалана отырып, біз жүріп жатқан реакцияның теңдеуін құра аламыз:
сутегі асқын тотығы + күкірт қышқылы + калий пермагнанаты=Mn SO4 + оттегі + …+…
Тотығу күйлері оттегі ионын (сутегі асқын тотығында) және калий перманганатындағы марганец катионын өзгертті. Яғни, бізде тотықсыздандырғыш, сонымен қатар тотықтырғыш бар.
Әсерлескеннен кейін де қандай заттарды алуға болатынын анықтайық. Олардың бірі су болады, бұл қышқыл мен тұз арасындағы реакция екені анық. Калий жаңадан түзілмедіКүкірт қышқылымен реакция болғандықтан, екінші өнім калий тұзы, атап айтқанда сульфат болады.
Схема:
2O – 2 электрон береді және O 2-ға айналады 0 5
Mn+7 5 электрон қабылдайды және Mn ионына айналады+2 2
Коэффициенттерді орнатыңыз.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Калий хроматын қамтитын OVR талдауының мысалы
Электрондық баланс әдісін пайдаланып, коэффициенттері бар теңдеу жасаймыз:
FeCl2 + тұз қышқылы + калий хроматы=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Тотығу күйлері темірді (2 темір хлоридінде) және калий бихроматындағы хром ионын өзгертті.
Енді тағы қандай заттар түзілетінін білуге тырысайық. Біреуі тұз болуы мүмкін. Калий ешқандай қосылыс түзбегендіктен, екінші өнім калий тұзы, дәлірек айтқанда хлорид болады, өйткені реакция тұз қышқылымен өтті.
Диаграмма құрастырайық:
Fe+2 береді e= Fe+3 6 редуктор,
2Cr+6 6 қабылдайды e=2Cr +31 тотықтырғыш.
Бастапқы реакцияға коэффициенттерді қойыңыз:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
МысалКалий йодидімен OVR талдауы
Ережелермен қаруланып, теңдеу құрайық:
калий перманганаты + күкірт қышқылы + калий йодиді…марганец сульфаты + йод +…+…
Тотығу күйлері марганец пен йодты өзгертті. Яғни тотықсыздандырғыш және тотықтырғыш бар.
Енді біз немен аяқталатынымызды білейік. Қосылыс калиймен болады, яғни калий сульфатын аламыз.
Қалпына келтіру процестері йод иондарында жүреді.
Электронды тасымалдау схемасын құрастырайық:
- Mn+7 5 қабылдайды e=Mn+2 2 тотықтырғыш,
- 2I- беремін 2 e=I2 0 5 - қалпына келтіретін агент.
Бастапқы реакциядағы коэффициенттерді орналастырыңыз, осы теңдеудегі барлық күкірт атомдарын жинақтауды ұмытпаңыз.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Натрий сульфитінің қатысуымен OVR талдауының мысалы
Классикалық әдісті қолданып, схема үшін теңдеу құрастырамыз:
- күкірт қышқылы + KMnO4 + натрий сульфиті… натрий сульфаты + марганец сульфаты +…+…
Әсерлескеннен кейін натрий тұзы, су аламыз.
Диаграмма құрастырайық:
- Mn+7 5 қабылдайды e=Mn+2 2,
- S+4 2 береді e=S+6 5.
Қарастырылып отырған реакциядағы коэффициенттерді орналастырыңыз, коэффициенттерді реттегенде күкірт атомдарын қосуды ұмытпаңыз.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Азотты қамтитын OVR талдауының мысалы
Келесі тапсырманы орындайық. Алгоритмді қолдана отырып, біз толық реакция теңдеуін құрастырамыз:
- марганец нитраты + азот қышқылы + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Қандай зат әлі түзілгенін талдап көрейік. Реакция күшті тотықтырғыш пен тұз арасында болғандықтан, бұл зат су болады дегенді білдіреді.
Электрондар санының өзгерісін көрсетіңіз:
- Mn+2 5 береді e=Mn+7 2 тотықсыздандырғыш қасиетін көрсетеді,
- Pb+4 2 алады e=Pb+2 5 тотықтырғыш.
3. Біз бастапқы реакциядағы коэффициенттерді реттейміз, бастапқы теңдеудің сол жағындағы барлық азотты қосуды ұмытпаңыз:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Бұл реакция азоттың қалпына келтіретін қасиетін көрсетпейді.
Азотпен екінші тотығу-тотықсыздану реакциясы:
Zn + күкірт қышқылы + HNO3=ZnSO4 + ЖОҚ+…
- Zn0 беру 2 e=Zn+23 қалпына келтіруші болады,
N+53 қабылдайды e=N+2 2 - тотықтырғыш.
Берілген реакциядағы коэффициенттерді орналастырыңыз:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Тотығу-тотықсыздану реакцияларының маңыздылығы
Ең танымал тотықсыздану реакциялары өсімдіктерге тән фотосинтез. Қалпына келтіру қасиеттері қалай өзгереді? Процесс биосферада жүреді, сыртқы көздің көмегімен энергияның ұлғаюына әкеледі. Дәл осы энергия адамзат өзінің қажеттіліктеріне пайдаланады. Химиялық элементтермен байланысты тотығу және тотықсыздану реакцияларының мысалдарының ішінде азот, көміртек және оттегі қосылыстарының түрленуі ерекше маңызға ие. Фотосинтездің арқасында жер атмосферасы тірі ағзалардың дамуына қажетті құрамға ие. Фотосинтездің арқасында ауа қабығындағы көмірқышқыл газының мөлшері көбеймейді, жер беті қызып кетпейді. Өсімдік тотығу-тотықсыздану реакциясының көмегімен дамып қана қоймайды, сонымен қатар адамға қажетті оттегі, глюкоза сияқты заттарды түзеді. Бұл химиялық реакциясыз табиғаттағы заттардың толық айналымы, сондай-ақ органикалық өмірдің болуы мүмкін емес.
RIA практикалық қолданылуы
Металдың бетін сақтау үшін белсенді металдардың қалпына келтіретін қасиеті бар екенін білу керек, сондықтан химиялық коррозия процесін баяулатып, бетті белсендірек элементтің қабатымен жабуға болады. Тотығу-тотықсыздану қасиетінің болуына байланысты ауыз су тазартылады және дезинфекцияланады. Коэффициенттерді теңдеуде дұрыс орналастырмай ешбір есеп шығарылмайды. Қателерді болдырмау үшін барлық тотығу-тотықсыздану туралы түсінік болуы маңыздыпараметрлер.
Химиялық коррозиядан қорғау
Тоттану – адам өмірі мен қызметінің ерекше мәселесі. Осы химиялық түрлену нәтижесінде металдың бұзылуы орын алады, машинаның бөлшектері, станоктар өздерінің пайдалану сипаттамаларын жоғалтады. Мұндай ақаулықты түзету үшін протекторды қорғау қолданылады, металл лак немесе бояу қабатымен жабылады, коррозияға қарсы қорытпалар қолданылады. Мысалы, темір беті белсенді металл - алюминий қабатымен жабылған.
Қорытынды
Адам ағзасында әртүрлі қалпына келтіру реакциялары жүреді, ас қорыту жүйесінің қалыпты жұмысын қамтамасыз етеді. Ашыту, ыдырау, тыныс алу сияқты негізгі тіршілік процестері де қалпына келтіру қасиеттерімен байланысты. Біздің планетамыздағы барлық тіршілік иелерінің қабілеттері ұқсас. Электрондарды қайтару және қабылдау реакцияларынсыз аммиакты, сілтілерді және қышқылдарды өндіру, өнеркәсіптік өндіру мүмкін емес. Аналитикалық химияда көлемдік талдаудың барлық әдістері дәл тотығу-тотықсыздану процестеріне негізделген. Химиялық коррозия сияқты жағымсыз құбылыспен күресу де осы процестерді білуге негізделген.
