Bir moddaning yangi birikmalar hosil boʻlishi bilan boshqa moddaga aylanishi kimyoviy reaksiya deyiladi. Bu jarayonni tushunish odamlar hayoti uchun katta ahamiyatga ega, chunki uning yordami bilan tabiatda oz miqdorda topilgan yoki tabiiy shaklida umuman mavjud bo'lmagan juda ko'p miqdordagi zarur va foydali moddalarni olishingiz mumkin. Eng muhim navlar orasida redoks reaktsiyalari (qisqartirilgan OVR yoki redoks) mavjud. Ular atomlar yoki ionlarning oksidlanish darajalarining o'zgarishi bilan tavsiflanadi.
Reaksiya paytida yuz beradigan jarayonlar
Reaksiya jarayonida ikkita jarayon sodir bo'ladi - oksidlanish va qaytarilish. Ulardan birinchisi qaytaruvchi moddalar (donorlar) orqali elektronlarning oksidlanish darajasining oshishi bilan, ikkinchisi oksidlanish darajasining pasayishi bilan oksidlovchi moddalar (akseptorlar) tomonidan elektronlar qo'shilishi bilan tavsiflanadi. Eng keng tarqalgan qaytaruvchi moddalar eng past oksidlanish darajasidagi metallar va metall bo'lmagan birikmalardir (vodorod sulfidi, ammiak). tipikoksidlovchi moddalar - halogenlar, azot, kislorod, shuningdek, eng yuqori oksidlanish darajasidagi elementni (azot yoki sulfat kislota) o'z ichiga olgan moddalar. Atomlar, ionlar va molekulalar elektron berishi yoki olishi mumkin.
1777-yilgacha oksidlanish natijasida flogiston deb ataladigan koʻzga koʻrinmas yonuvchi modda yoʻqoladi, degan faraz bor edi. Biroq, A. Lavoisier tomonidan yaratilgan yonish nazariyasi olimlarni oksidlanish kislorod bilan o'zaro ta'sirlashganda, qaytarilish esa vodorod ta'sirida sodir bo'lishiga ishontirdi. Bir muncha vaqt o'tgach, faqat vodorod va kislorod emas, balki oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalariga ta'sir qilishi aniq bo'ldi.
Oksidlanish
Oksidlanish jarayoni suyuq va gazsimon fazalarda, shuningdek, qattiq jismlar yuzasida sodir bo'lishi mumkin. Alohida rolni anoddagi eritmalar yoki eritmalarda yuzaga keladigan elektrokimyoviy oksidlanish (quvvat manbaining musbat qutbiga ulangan elektrod) o'ynaydi. Masalan, ftoridlarni elektroliz yo‘li bilan eritganda (moddaning elektrodlarda uning tarkibiy elementlariga parchalanishi) eng kuchli noorganik oksidlovchi vosita ftor olinadi.
Oksidlanishning yana bir klassik misoli havoda va sof kislorodda yonishdir. Turli moddalar bu jarayonga qodir: metallar va metall bo'lmaganlar, organik va noorganik birikmalar. Amaliy ahamiyatga ega bo'lgan yoqilg'ining yonishi hisoblanadi, u asosan kichik miqdordagi kislorod, oltingugurt, azot va boshqa elementlar bilan uglevodorodlarning murakkab aralashmasidir.
Klassik oksidlovchi -kislorod
Atomlar elektron biriktiruvchi oddiy modda yoki kimyoviy birikma oksidlovchi deb ataladi. Bunday moddaning klassik misoli reaksiyadan keyin oksidlarga aylanadigan kisloroddir. Bundan tashqari, oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida organik moddalar (masalan, ketonlar va aldegidlar), peroksidlar, gipoxloritlar, xloratlar, nitrat va sulfat kislotalar, marganets oksidi va permanganatga qaytariladigan ozon ham oksidlovchi vositadir. Bu moddalarning barchasida kislorod borligini tushunish oson.
Boshqa umumiy oksidlovchilar
Biroq, oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi faqat kislorod ishtirokidagi jarayon emas. Buning o'rniga galogenlar, xrom va hatto metall kationlari va vodorod ioni (agar u reaksiya natijasida oddiy moddaga aylansa) oksidlovchi vosita sifatida harakat qilishi mumkin.
Qancha elektron qabul qilinishi asosan oksidlovchi moddaning kontsentratsiyasiga, shuningdek, u bilan ta'sir qiluvchi metallning faolligiga bog'liq. Masalan, konsentrlangan nitrat kislotaning metall (rux) bilan reaksiyasida 3 ta elektron, bir xil moddalarning oʻzaro taʼsirida esa kislota juda suyultirilgan shaklda boʻlsa, allaqachon 8 ta elektron qabul qilinishi mumkin.
Eng kuchli oksidlovchilar
Barcha oksidlovchi moddalar xossalarining kuchi bilan farqlanadi. Demak, vodorod ioni past oksidlanish qobiliyatiga ega, akva regiyada hosil bo'lgan atom xlor esa (1:3 nisbatda nitrat va xlorid kislotalar aralashmasi) hatto oltin va platinani ham oksidlashi mumkin.
Konsentrlangan selen kislotasi xuddi shunday xususiyatlarga ega. Bu uni boshqa organik kislotalar orasida noyob qiladi. Suyultirilganda u oltin bilan ta'sir o'tkaza olmaydi, lekin u hali ham sulfat kislotadan kuchliroq va hatto boshqa kislotalarni, masalan, xlorid kislotasini oksidlashi mumkin.
Kuchli oksidlovchining yana bir misoli kaliy permanganatdir. U organik birikmalar bilan muvaffaqiyatli o'zaro ta'sir qiladi va kuchli uglerod aloqalarini buzishga qodir. Mis oksidi, seziy ozonid, seziy superoksid, shuningdek, ksenon diftorid, tetraflorid va ksenon geksaftorid ham yuqori faollikka ega. Ularning oksidlanish qobiliyati suyultirilgan suvli eritmada reaksiyaga kirishganda yuqori elektrod potentsialiga bog'liq.
Ammo shunday moddalar borki, ularda bu potentsial bundan ham yuqori. Noorganik molekulalar orasida ftor eng kuchli oksidlovchi hisoblanadi, ammo u qo'shimcha issiqlik va bosimsiz inert gaz ksenoniga ta'sir qila olmaydi. Ammo bu platina geksaftorid, difluordioksid, kripton diftorid, kumush diftorid, ikki valentli kumush tuzlari va boshqa ba'zi moddalar tomonidan muvaffaqiyatli hal qilinadi. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarining noyob qobiliyati uchun ular juda kuchli oksidlovchilar sifatida tasniflanadi.
Qayta tiklash
Aslida "tiklanish" atamasi deoksidlanish, ya'ni kisloroddan mahrum bo'lish bilan sinonim edi. Biroq, vaqt o'tishi bilan bu so'z yangi ma'noga ega bo'lib, u metallarni o'z ichiga olgan birikmalardan ajratib olishni, shuningdek, har qanday kimyoviy o'zgarishlarni anglatadi.moddaning elektron manfiy qismi musbat zaryadlangan element bilan almashtiriladi, masalan, vodorod.
Jarayonning murakkabligi asosan birikma tarkibidagi elementlarning kimyoviy yaqinligiga bog'liq. U qanchalik zaif bo'lsa, reaktsiya shunchalik oson amalga oshiriladi. Odatda, endotermik birikmalarda yaqinlik zaifroq bo'ladi (ularning hosil bo'lishi paytida issiqlik so'riladi). Ularning tiklanishi juda oddiy. Bunga yorqin misol portlovchi moddalardir.
Ekzotermik birikmalar ishtirokidagi reaksiya (issiqlik chiqishi bilan hosil boʻlishi) uchun elektr toki kabi kuchli energiya manbasini qoʻllash kerak.
Standart kamaytiruvchi vositalar
Eng qadimiy va keng tarqalgan qaytaruvchi vosita ko'mirdir. U ruda oksidlari bilan aralashadi, qizdirilganda aralashmadan kislorod ajralib chiqadi, u uglerod bilan birlashadi. Natijada kukun, granulalar yoki metall qotishma hosil bo'ladi.
Boshqa keng tarqalgan qaytaruvchi vosita bu vodorod. Bundan tashqari, metallarni qazib olish uchun ham foydalanish mumkin. Buning uchun oksidlar vodorod oqimi o'tadigan quvurga tiqilib qoladi. Asosan, bu usul mis, qo'rg'oshin, qalay, nikel yoki kob alt uchun qo'llaniladi. Siz uni temirga qo'llashingiz mumkin, ammo pasayish to'liq bo'lmaydi va suv hosil bo'ladi. Xuddi shu muammo sink oksidlarini vodorod bilan davolashga urinishda kuzatiladi va u metallning uchuvchanligi bilan yanada og'irlashadi. Kaliy va boshqa ba'zi elementlar vodorod bilan umuman qaytarilmaydi.
Organik kimyodagi reaksiyalarning xususiyatlari
Davom etmoqdaqaytaruvchi zarracha elektronlarni qabul qiladi va shu bilan uning atomlaridan birining oksidlanish sonini pasaytiradi. Lekin reaksiyaning mohiyatini noorganik birikmalar ishtirokida oksidlanish darajasini o'zgartirish orqali aniqlash qulay, organik kimyoda esa oksidlanish sonini hisoblash qiyin, u ko'pincha kasr qiymatiga ega.
Organik moddalar ishtirokidagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida harakat qilish uchun quyidagi qoidani yodda tutish kerak: qaytarilish birikma kislorod atomlaridan voz kechib, vodorod atomlarini olganida sodir boʻladi va aksincha, oksidlanish kislorod qoʻshilishi bilan tavsiflanadi.
Qaytarilish jarayoni organik kimyo uchun katta amaliy ahamiyatga ega. Aynan u laboratoriya yoki sanoat maqsadlarida, xususan, moddalar va tizimlarni uglevodorod va kislorod aralashmalaridan tozalash uchun ishlatiladigan katalitik gidrogenatsiyaning asosini tashkil qiladi.
Reaksiya past haroratlarda ham, bosimlarda ham (mos ravishda 100 daraja Selsiy va 1-4 atmosferagacha) va yuqori haroratlarda (400 daraja va bir necha yuz atmosferagacha) borishi mumkin. Organik moddalar ishlab chiqarish uchun zarur shart-sharoitlarni ta'minlash uchun murakkab asboblar kerak.
Katalizator sifatida faol platina guruhi metallari yoki qimmatbaho bo'lmagan nikel, mis, molibden va kob alt ishlatiladi. Oxirgi variant yanada tejamkor. Qayta tiklash substrat va vodorodning bir vaqtning o'zida so'rilishi va ular orasidagi reaktsiyaning osonlashishi tufayli sodir bo'ladi.
Qaytarilish reaksiyalari davom etadiva inson tanasining ichida. Ba'zi hollarda ular foydali va hatto hayotiy bo'lishi mumkin, boshqalari esa jiddiy salbiy oqibatlarga olib kelishi mumkin. Masalan, organizmdagi azot o'z ichiga olgan birikmalar birlamchi aminlarga aylanadi, ular boshqa foydali funktsiyalar qatorida to'qimalarning qurilish materiali bo'lgan oqsil moddalarini tashkil qiladi. Shu bilan birga, anilin bilan bo'yalgan ovqatlar zaharli birikmalar hosil qiladi.
Reaksiya turlari
Qanday oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari, oksidlanish darajasidagi oʻzgarishlar mavjudligiga qarasangiz, aniq boʻladi. Ammo kimyoviy o'zgarishlarning bu turida o'zgarishlar mavjud.
Demak, agar oʻzaro taʼsirda turli moddalarning molekulalari ishtirok etsa, ulardan biri oksidlovchi atom, ikkinchisi qaytaruvchi boʻlsa, reaksiya molekulalararo hisoblanadi. Bu holda oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi tenglamasi quyidagicha bo'lishi mumkin:
Fe + 2HCl=FeCl2 + H2.
Tenglama shuni ko'rsatadiki, temir va vodorodning oksidlanish darajalari o'zgaradi, ular turli moddalarning bir qismidir.
Ammo molekula ichidagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari ham borki, ularda kimyoviy birikmaning bir atomi oksidlanib, ikkinchisi qaytariladi va yangi moddalar olinadi:
2H2O=2H2 + O2.
Xuddi shu element elektron donor va qabul qiluvchi rolini bajarib, turli oksidlanish darajalariga kiradigan bir nechta yangi birikmalar hosil qilganda murakkabroq jarayon sodir bo'ladi. Bunday jarayon deyiladidismutatsiya yoki nomutanosiblik. Bunga misol sifatida quyidagi transformatsiyani keltirish mumkin:
4KClO3=KCl + 3KClO4.
Yuqoridagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi tenglamasidan ko`rinib turibdiki, xlor +5 oksidlanish holatida bo`lgan Bertolet tuzi ikki komponentga - xlorning oksidlanish darajasi -1 bo`lgan kaliy xloridga va oksidlanish darajasi +7 bo'lgan perklorat. Ma'lum bo'lishicha, xuddi shu element bir vaqtning o'zida o'zining oksidlanish darajasini oshirgan va pasaytirgan.
Dismutatsiya jarayonining teskarisi koproporsiya yoki reproporsiya reaksiyasidir. Unda turli oksidlanish darajasida bir xil elementni o'z ichiga olgan ikkita birikma bir-biri bilan reaksiyaga kirishib, bitta oksidlanish raqamiga ega bo'lgan yangi moddani hosil qiladi:
SO2 +2H2S=3S + 2H2O.
Yuqoridagi misollardan koʻrinib turibdiki, baʼzi tenglamalarda moddadan oldin raqamlar qoʻyilgan. Ular jarayonda ishtirok etuvchi molekulalar sonini ko'rsatadi va redoks reaktsiyalarining stexiometrik koeffitsientlari deb ataladi. Tenglama toʻgʻri boʻlishi uchun ularni qanday tartibga solishni bilishingiz kerak.
E-balans usuli
Har doim oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarida muvozanat saqlanadi. Bu shuni anglatadiki, oksidlovchi modda qaytaruvchi tomonidan berilgan qancha elektronni qabul qiladi. Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi tenglamasini to'g'ri tuzish uchun siz quyidagi algoritmga amal qilishingiz kerak:
- Reaksiyadan oldingi va keyingi elementlarning oksidlanish darajalarini aniqlang. Masalan, innitrat kislota va fosfor o'rtasidagi suv ishtirokidagi reaksiyada fosfor kislotasi va azot oksidi hosil bo'ladi: HNO3 + P + H2O=H3PO4 + NO. Barcha birikmalardagi vodorodning oksidlanish darajasi +1 ga, kislorod esa -2 ga teng. Azot uchun reaksiya boshlanishidan oldin oksidlanish soni +5, davom etgandan keyin esa +2, fosfor uchun mos ravishda 0 va +5 ni tashkil qiladi.
- Oksidlanish soni oʻzgargan elementlarni belgilang (azot va fosfor).
- Elektron tenglamalar tuzing: N+5 + 3e=N+2; R0 - 5e=R+5.
- Qabul qilingan elektronlar sonini eng kichik umumiy koʻpaytmani tanlash va koʻpaytuvchini hisoblash orqali tenglashtiring (3 va 5 raqamlari mos ravishda 15 sonining boʻluvchisidir, azot uchun koʻpaytuvchi 5 ga, fosfor uchun esa 3): 5N +5 + (3 x 5)e=5N+2; 3P0 - 15e=3P+5.
- Olingan yarim reaksiyalarni chap va oʻng qismlarga muvofiq qoʻshing: 5N+5 + 3P0=5N + 2 - 15-chi=3R+5. Agar bu bosqichda hamma narsa to'g'ri bajarilgan bo'lsa, elektronlar qisqaradi.
- Tenglamani toʻliq qayta yozing, koeffitsientlarni oksidlanish-qaytarilish reaksiyasining elektron balansiga koʻra tushiring: 5HNO3 + 3P + H2 O=3H 3PO4 + 5NO.
- Reaksiyadan oldin va keyin hamma joyda elementlar soni bir xil boʻlib qolishini tekshiring va agar kerak boʻlsa, boshqa moddalar oldiga koeffitsientlarni qoʻshing (bu misolda vodorod va kislorod miqdori tenglashmagan. reaktsiya tenglamasi to'g'ri ko'rinishi uchun siz oldida koeffitsientni qo'shishingiz keraksuv): 5HNO3 + 3P + 2H2O=3H3PO 4 + 5NO.
Bunday oddiy usul koeffitsientlarni toʻgʻri joylashtirish va chalkashmaslik imkonini beradi.
Reaksiyalarga misollar
Marganetsning konsentrlangan sulfat kislota bilan oʻzaro taʼsirini oksidlanish-qaytarilish reaksiyasiga misol qilib keltirish mumkin:
Mn + 2H2SO4=MnSO4 + SO 2 + 2 H2O.
Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi marganets va oltingugurtning oksidlanish darajasining oʻzgarishi bilan boradi. Jarayon boshlanishidan oldin marganets bog'lanmagan holatda va nol oksidlanish darajasiga ega edi. Ammo kislotaning bir qismi bo'lgan oltingugurt bilan o'zaro ta'sirlashganda, u oksidlanish darajasini +2 ga oshirdi va shu bilan elektron donor sifatida harakat qildi. Oltingugurt, aksincha, oksidlanish darajasini +6 dan +4 gacha tushirib, qabul qiluvchi rolini o'ynadi.
Biroq, marganets elektron qabul qiluvchi vazifasini bajaradigan reaktsiyalar ham mavjud. Masalan, bu uning oksidining xlorid kislota bilan o'zaro ta'siri, reaktsiyaga muvofiq davom etadi:
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2 H2O.
Bu holda oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi marganetsning oksidlanish darajasining +4 dan +2 gacha pasayishi va xlorning oksidlanish darajasining -1 dan 0 gacha oshishi bilan davom etadi.
Avvallari 75% li sulfat kislota hosil qiluvchi oltingugurt oksidining azot oksidi bilan suv ishtirokida oksidlanishi katta amaliy ahamiyatga ega edi:
SO2 + NO2 + H2O=NO + H2So4.
Qaytarilish-qaytarilish reaksiyasi avvallari maxsus minoralarda olib borilgan va yakuniy mahsulot minora deb atalgan. Endi bu usul kislota ishlab chiqarishdagi yagona usuldan uzoqdir, chunki boshqa zamonaviy usullar mavjud, masalan, qattiq katalizatorlar yordamida aloqa qilish. Ammo oksidlanish-qaytarilish reaktsiyasi usuli bilan kislota olish nafaqat sanoat, balki tarixiy ahamiyatga ega, chunki aynan shunday jarayon 1952 yil dekabr oyida London havosida o'z-o'zidan sodir bo'lgan.
Antisiklon keyin g'ayrioddiy sovuq havo olib keldi va shaharliklar uylarini isitish uchun ko'p ko'mir ishlata boshladilar. Urushdan keyin bu resurs sifatsiz bo'lganligi sababli, havoda ko'p miqdorda oltingugurt dioksidi to'plangan, u atmosferadagi namlik va azot oksidi bilan reaksiyaga kirishgan. Ushbu hodisa natijasida chaqaloqlar, qariyalar va nafas olish tizimi kasalliklari bilan og'riganlarning o'limi ko'paydi. Voqeaga Buyuk Smog nomi berildi.
Demak, oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari katta amaliy ahamiyatga ega. Ularning mexanizmini tushunish tabiiy jarayonlarni yaxshiroq tushunish va laboratoriyada yangi moddalarga erishish imkonini beradi.
