Les propietats redox dels àtoms individuals i dels ions són un tema important en la química moderna. Aquest material ajuda a explicar l'activitat dels elements i substàncies, a realitzar una comparació detallada de les propietats químiques dels diferents àtoms.
Què és un agent oxidant
Moltes tasques de química, incloses les preguntes de prova per a l'examen estatal unificat de grau 11 i l'OGE de grau 9, estan associades amb aquest concepte. Es considera com a agent oxidant els àtoms o ions que, en el procés d'interacció química, accepten electrons d'un altre ió o àtom. Si analitzem les propietats oxidants dels àtoms, necessitem el sistema periòdic de Mendeleiev. En els períodes situats a la taula d'esquerra a dreta, la capacitat oxidant dels àtoms augmenta, és a dir, canvia de manera similar a les propietats no metàl·liques. En els subgrups principals, aquest paràmetre disminueix de d alt a baix. Entre les substàncies simples més fortes amb capacitat oxidant, el fluor està al capdavant. Un terme com "electronegativitat", és a dir, la capacitat d'un àtom de prendre en el cas d'una interacció químicaelectrons, es pot considerar sinònim de propietats oxidants. Entre les substàncies complexes que consisteixen en dos o més elements químics, es poden considerar agents oxidants brillants: permanganat de potassi, clorat de potassi, ozó.
Què és un agent reductor
Les propietats reductores dels àtoms són característiques de les substàncies simples que presenten propietats metàl·liques. A la taula periòdica, les propietats metàl·liques es debiliten d'esquerra a dreta en períodes, i en els subgrups principals (verticalment) augmenten. L'essència de la recuperació és el retorn dels electrons, que es troben al nivell d'energia externa. Com més gran sigui el nombre de capes d'electrons (nivells), més fàcil serà lliurar electrons "extra" durant la interacció química.
Els metalls actius (alcalins, alcalino-terrés) tenen excel·lents propietats reductores. A més, entre substàncies que presenten paràmetres similars, destaquem l'òxid de sofre (6), el monòxid de carboni. Per tal d'adquirir el màxim estat d'oxidació, aquests compostos es veuen obligats a mostrar propietats reductores.
Procés d'oxidació
Si durant una interacció química un àtom o un ió dóna electrons a un altre àtom (ió), estem parlant del procés d'oxidació. Per analitzar com canvien les propietats reductores i el poder oxidant, necessitareu una taula periòdica dels elements, així com coneixements de les lleis de la física modernes.
Procés de restauració
Els processos de reducció impliquen l'acceptació per part dels ions de qualsevol d'ellsàtoms d'electrons d' altres àtoms (ions) durant la interacció química directa. Els excel·lents agents reductors són els nitrits, els sulfits dels metalls alcalins. Les propietats reductores del sistema d'elements canvien de manera similar a les propietats metàl·liques de les substàncies simples.
Algoritme d'anàlisi OVR
Per tal que l'estudiant col·loqui els coeficients en la reacció química acabada, cal utilitzar un algorisme especial. Les propietats redox també ajuden a resoldre diversos problemes computacionals en química analítica, orgànica i general. Suggerim l'ordre d'anàlisi de qualsevol reacció:
- Primer, és important determinar l'estat d'oxidació de cada element disponible mitjançant les regles.
- A continuació, es determina que els àtoms o ions que han canviat el seu estat d'oxidació participen en la reacció.
- Els signes menys i més indiquen el nombre d'electrons lliures donats i rebuts durant una reacció química.
- A continuació, entre el nombre de tots els electrons, es determina el mínim comú múltiple, és a dir, un nombre enter que es divideix sense resta pels electrons rebuts i donats.
- Després es divideix en els electrons implicats en la reacció química.
- A continuació, determinem quins ions o àtoms tenen propietats reductores i també determinem els agents oxidants.
- A l'etapa final, poseu els coeficients a l'equació.
Usant el mètode d'equilibri electrònic, col·loquem els coeficients en aquest esquema de reacció:
NaMnO4 + sulfur d'hidrogen + àcid sulfúric=S + Mn SO4 +…+…
Algorisme per resoldre el problema
Anem a descobrir quines substàncies s'han de formar després de la interacció. Com que en la reacció ja hi ha un agent oxidant (serà manganès) i es defineix un agent reductor (serà sofre), es formen substàncies en les quals els estats d'oxidació ja no canvien. Com que la reacció principal va tenir lloc entre la sal i un àcid fort que conté oxigen, una de les substàncies finals serà l'aigua i la segona serà la sal de sodi, més precisament, el sulfat de sodi.
Ara fem un esquema per donar i rebre electrons:
- Mn+7 triga 5 e=Mn+2.
Segona part de l'esquema:
- S-2 gives2e=S0
Posem els coeficients a la reacció inicial, sense oblidar de sumar tots els àtoms de sofre de les parts de l'equació.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
Anàlisi de l'OVR amb peròxid d'hidrogen
Usant l'algorisme d'anàlisi OVR, podem compondre una equació per a la reacció en curs:
peròxid d'hidrogen + àcid sulfúric + permagnanat de potassi=Mn SO4 + oxigen + …+…
Els estats d'oxidació van canviar l'ió oxigen (en peròxid d'hidrogen) i el catió manganès en el permanganat de potassi. És a dir, tenim un agent reductor, així com un agent oxidant.
Determinem quin tipus de substàncies encara es poden obtenir després de la interacció. Un d'ells serà l'aigua, que és evidentment una reacció entre un àcid i una sal. El potassi no va formar un nousubstàncies, el segon producte serà una sal de potassi, és a dir, sulfat, ja que la reacció va ser amb àcid sulfúric.
Esquema:
2O: dona 2 electrons i es converteix en O 2 0 5
Mn+7 accepta 5 electrons i es converteix en ió Mn+2 2
Estableix els coeficients.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Exemple d'anàlisi OVR amb cromat de potassi
Usant el mètode de l'equilibri electrònic, farem una equació amb coeficients:
FeCl2 + àcid clorhídric + cromat de potassi=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Els estats d'oxidació van canviar el ferro (en el clorur fèrric II) i l'ió crom en el dicromat de potassi.
Ara intentem esbrinar quines altres substàncies es formen. Un pot ser sal. Com que el potassi no va formar cap compost, per tant, el segon producte serà una sal de potassi, més precisament, el clorur, perquè la reacció va tenir lloc amb àcid clorhídric.
Fem un diagrama:
Fe+2 dóna e= Fe+3 6 reductor,
2Cr+6 accepta 6 e=2Cr +31 comburent.
Poseu els coeficients a la reacció inicial:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
ExempleAnàlisi OVR amb iodur de potassi
Armats amb les regles, fem una equació:
permanganat de potassi + àcid sulfúric + iodur de potassi… sulfat de manganès + iode +…+…
Els estats d'oxidació van canviar el manganès i el iode. És a dir, hi ha un agent reductor i un agent oxidant.
Ara anem a esbrinar amb què acabem. El compost estarà amb potassi, és a dir, obtindrem sulfat de potassi.
Els processos de recuperació es produeixen en ions de iode.
Elaborem un esquema de transferència d'electrons:
- Mn+7 accepta 5 e=Mn+2 2 és un oxidant,
- 2I- regalar 2 e=I2 0 5 és un agent reductor.
Coloqueu els coeficients a la reacció inicial, no us oblideu de sumar tots els àtoms de sofre d'aquesta equació.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Exemple d'anàlisi d'OVR amb sulfit de sodi
Usant el mètode clàssic, compondrem una equació per al circuit:
- àcid sulfúric + KMnO4 + sulfit de sodi… sulfat de sodi + sulfat de manganès +…+…
Després de la interacció obtenim sal de sodi i aigua.
Fem un diagrama:
- Mn+7 triga 5 e=Mn+2 2,
- S+4 dóna 2 e=S+6 5.
Disposeu els coeficients de la reacció considerada, no us oblideu d'afegir els àtoms de sofre quan disposeu els coeficients.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Exemple d'anàlisi d'OVR amb nitrogen
Fem la tasca següent. Utilitzant l'algorisme, compondrem l'equació de reacció completa:
- nitrat de manganès + àcid nítric + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Analitzem quina substància encara es forma. Com que la reacció va tenir lloc entre un agent oxidant fort i la sal, vol dir que la substància serà aigua.
Mostra el canvi en el nombre d'electrons:
- Mn+2 regala 5 e=Mn+7 2 presenta les propietats d'un agent reductor,
- Pb+4 agafa 2 e=Pb+2 5 oxidant.
3. Organitzem els coeficients a la reacció inicial, assegureu-vos de sumar tot el nitrogen disponible al costat esquerre de l'equació original:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Aquesta reacció no presenta les propietats reductores del nitrogen.
Segona reacció redox amb nitrogen:
Zn + àcid sulfúric + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 regala 2 e=Zn+23 serà un restaurador,
N+5accepta 3 e=N+2 2 és un oxidant.
Ordeneu els coeficients d'una reacció determinada:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
La importància de les reaccions redox
Les reaccions de reducció més famoses són la fotosíntesi, que és característica de les plantes. Com canvien les propietats restauradores? El procés es produeix a la biosfera, condueix a un augment d'energia amb l'ajuda d'una font externa. És aquesta energia que la humanitat utilitza per a les seves necessitats. Entre els exemples de reaccions oxidatives i de reducció associades amb elements químics, són de particular importància les transformacions de compostos de nitrogen, carboni i oxigen. Gràcies a la fotosíntesi, l'atmosfera terrestre té una composició tan necessària per al desenvolupament dels organismes vius. Gràcies a la fotosíntesi, la quantitat de diòxid de carboni a la closca d'aire no augmenta, la superfície de la Terra no s'escalfa. La planta no només es desenvolupa amb l'ajuda d'una reacció redox, sinó que també forma substàncies com l'oxigen i la glucosa que són necessàries per als humans. Sense aquesta reacció química, un cicle complet de substàncies a la natura és impossible, així com l'existència de vida orgànica.
Aplicació pràctica de la RIA
Per preservar la superfície del metall, cal saber que els metalls actius tenen propietats restauradores, de manera que es pot cobrir la superfície amb una capa d'un element més actiu, alhora que frena el procés de corrosió química. A causa de la presència de propietats redox, l'aigua potable es purifica i desinfecta. Cap problema es pot resoldre sense col·locar correctament els coeficients a l'equació. Per evitar errors, és important tenir una comprensió de tot el redoxparàmetres.
Protecció contra la corrosió química
La corrosió és un problema particular per a la vida i l'activitat humana. Com a resultat d'aquesta transformació química, es produeix la destrucció del metall, les parts del cotxe, les màquines eina perden les seves característiques operatives. Per corregir aquest problema, s'utilitza protecció de la banda de rodament, el metall es recobreix amb una capa de vernís o pintura i s'utilitzen aliatges anticorrosius. Per exemple, una superfície de ferro està coberta amb una capa de metall actiu: alumini.
Conclusió
Al cos humà es produeixen diverses reaccions de recuperació, garanteixen el funcionament normal del sistema digestiu. Aquests processos vitals bàsics com la fermentació, la descomposició, la respiració també estan associats amb propietats restauradores. Tots els éssers vius del nostre planeta tenen capacitats semblants. Sense reaccions amb el retorn i l'acceptació d'electrons, la mineria, la producció industrial d'amoníac, àlcalis i àcids és impossible. En química analítica, tots els mètodes d'anàlisi volumètrica es basen precisament en processos redox. La lluita contra un fenomen tan desagradable com la corrosió química també es basa en el coneixement d'aquests processos.
