| Головна » Статті » Хімія | [ Додати статтю ] |
Значення окисно-відновних реакцій у природі й техніці
|
ПЛАН 1. Значення окислювально-відновних процесів 2. Ступінь окислювання 3. Типи окислювально-відновних реакцій Використана література 1. Значення окислювально-відновних процесів Окислювально-відновні процеси належать до числа найбільш розповсюджених хімічних реакцій і мають величезне значення в теорії і практиці. Окислювально-відновленні процеси - одні з найважливіших процесів природи. Дихання, засвоєння вуглекислого газу рослинами з виділенням кисню, обмін речовин і ряд інших хімічних процесів в своїй основі є окислювально-відновними реакціями. Спалювання палива в топках парових казанів і двигунах внутрішнього згоряння, електролітичне осадження металів, процеси, що відбуваються в гальванічних елементах і акумуляторах, включають реакції окислення та відновлення. Одержання елементарних речовин (заліза, хрому, марганцю, золота, срібла, сірки, хлору, йоду і т.д.) і коштовних хімічних продуктів (аміаку, лугів, азотної, сарною й іншими кислотами) заснована на окислювально-відновних реакціях. На окислюванні-відновленні в аналітичній хімії засновані методи об'ємного аналізу: перманганатометрія, йодометрія, броматометрія, та інша, відіграють важливу роль при контролюванні виробничих процесів і виконанні наукових досліджень. В органічній хімії для проведення ряду хімічних перетворень саме широке поширення знайшли процеси окислювання-відновлення. Інертні гази лише у виняткових випадках здатні вступати в окислювально-відновні реакції. 2. Ступінь окислювання Під ступенем окислювання атома в молекулі розуміється умовний електричний заряд даного атома, викликаний зсувом валентних електронів до більш електронегативного атома. При цій умові передбачається, що електрони кожного зв'язку належать більш електронегативному атому. Ступінь окислювання атома позначається числом зі знаком ( + ) чи ( - ) . Значення позитивного ступеня окислювання елемента відповідає числу відтягнутих від атома електронів + , а величина негативного ступеня окислювання – числу притягнутих атомом електронів - . Для визначення ступеня окислювання атомів у вільному стані й у хімічних сполуках варто керуватися наступним положеннями: 1. Атоми кисню в сполуках можуть виявляти як цілі, так і дробові ступені окислювання. Наприклад, ступінь окислювання кисню в основному дорівнює (-2), у H2O2 ( -1 ), у KO2 і КО3 – відповідно (-1/2 і –1/3 ) , а у фторокислороде ОF2- (+2 ). Для водню характерний ступінь окислювання +1, але зустрічається і –1 ( у гідридах металів 2. Ступінь окислювання атомів у простих іонних сполуках за знаком м величині дорівнює електричному заряду іона. Наприклад, у хлориді калію ступінь окислювання калію дорівнює +1, а хлору – (-1). 3. Якщо молекула утворена за рахунок ковалентного чи іонно-ковалентного зв'язку (наприклад, SO2,NH3, HCl,HNO3) ступінь окислювання більш електронегативного атома позначається зі знаком -, а менш електронегативного атома – зі знаком +. Для розуміння визначення ступеня окислювання елементів ряду сполук доцільно писати їхні графічні формули. Так, у сполуках азоту NH3, N2H4, NH2OH, HNO2, HNO3 ступеня окислювання азоту відповідно рівні:-3, -2, -1, +3, +5. Це наочно видно з їхніх графічних формул. У випадку наявності хімічного зв'язку між однаковими атомами (N3H4)електронну пару треба поділити між атомами, що вона зв'язує. Далі необхідно підрахувати число електронів у кожного з них. Різниця між числом електронів у вільного атома на зовнішньому рівні і знайденому числі дасть ступінь окислювання атома. 4.На відміну від розглянутих вище молекул у молекулах, що складаються з однакових атомів (H2, Cl2, Br2, N2 і ін. ), ступінь окислювання атомів дорівнює нулю, тому що тут не має місця однобічне відтягування загальних пар електронів до якому-небудь одному атому. Наприклад, у молекулах водню ( Н : Н ) і хлору ( :Cl : Cl: ) ступінь окислювання дорівнює нулю, але ковалентность їх відповідає одиниці по кількості електронних пар. 5.У більшості органічних сполук хімічні зв'язки мають слабко ви-ражений полярний характер: приєднання до атомів вуглецю, що складає кістяк органічних сполук ( наприклад, фтору, кисню, хлору, азоту ), приводить до зміни електронної щільності між атомами вуглецю і зазначених елементів і, тим самим, до збільшення полярності зв'язку між ними. Ступінь окислювання атомів у них визначається так само, як і в ковалентних полярних сполуках. 6,Метали в елементарному стані мають рівномірний розподіл електронної щільності навколо ядра, тому ступінь окислювання їхній приймається рівної нулю. 7.У будь-якому іоні алгебраїчна сума ступенів окислювання всіх атомів дорівнює заряду іона, а сума ступенів окислювання всіх атомів, що входять у електронейтральна сполука, - нулю.8.Для комплексних сполук звичайно вказують ступінь окислювання центрального атома. Наприклад, у ДО3 ( Fe ( CN6)) і (Ni (NH3)6) SO4 ступінь окислювання залоза дорівнює +3, а нікелю – (+2 ). Варто підкреслити, що поняття ступеня окислювання є формальним і звичайно не характеризує дійсного стану розглянутого атома в сполуці. У багатьох випадках ступінь окислювання не дорівнює валентності даного елемента. Наприклад, у метані (СН4), метиловому спирті (СН3ВІН), формальдегіді (СН2ПРО), мурашиній кислоті (НСООН), і вуглекислому газі (З2) ступінь окислювання вуглецю дорівнює відповідно:+4, -2, 0, +2, +4, у той час як валентність вуглецю у всіх цих сполуках дорівнює чотирьом. Поняття «ступінь окислювання» особливо широко використовується при вивченні окислювально-відновних реакцій. 3. Типи окислювально-відновних реакцій Всі окислювально-відновні реакції можна розділити на наступні типи: 1.Реакції міжатомного і міжмолекулярного окислювання-відновлення -обмін електронами відбувається між різними атомами, чи молекулами іонами. Наприклад, найпростіші реакції сполуки і заміщення: 2Ca+O2 = 2CaO 2Hl+Br2 = 2HBr + I2 2Al + 3CuSO4 =Al2( SO4)3 +3Cu 2. Реакції диспропорціонування (самоокислення-самовідновлення) харакктерні для сполук чи простих речовин, що відповідають одному з проміжних значень ступеня окислювання даного елемента, наприклад: Cl2+2NaOH ----- NaCl +NaCl P + H2 ----- PH3 + H3PO3 3. Реакції внутрімолекулярного окислювання-відновлення. У цих реакціях одна складова частина молекули виконує функцію окислювача, а інша відновлювача. Найпростішими прикладами таких реакцій можуть служити процеси термічного розкладання складної речовини на більш прості складові частини, наприклад: 2NO2 ----- NO2 + O2 4KСlO3 ----- KСlO4 + KCl 2KСlO3 ------ 3O2 + 2KCl 2AgNO3 ----- 2Ag + 2No2 + O2 Окислювання сульфіду свинцю азотною кислотою. Схема реакції: Рb +HNO3 ---- PbSO4 + NO2 + . . . Складаємо напівреакції : Pb + 4H2O – 8 e ----- PbSO4 + 8H NO3 + 2H + 1 e ----- NO2 +H2O Підсумовуємо напівреакції, зрівнюючи кількість відданих і прийнятих електронів 1 PbS + 4H2O ----- PbSO4 + 8H 8 NO3 + 2H ----- NO2 +H2O PbS + 4H2O + 8NO3 + 16H ----- PbSO4 + 8H + 8NO2 +8H2O Записуємо в молекулярному виді, скорочуючи молекули води і стягаючи іони NO3 і H : Pb + 8HNO3 + 8H ----- PbSO4 + 8H + 8NO2 + 4H2O Кінцевий вид рівняння : Pb + 8HNO3 == PbSO4 + 8NO2 + 4H2O Розглянемо реакції окислювання-відновлення, що протікають у нейтральному середовищі за схемою Na2SO3 + KMn4 + H2O ----- Mn2 + Na2SO4 + SO3 + H2O – 2e ----- SO4 + 2H Mn4 + 2H2O + 3e ----- Mn2 + 4OH 3SO3 + 3H2O + 2Mn4 + 4H2O ----- 3SO4 + 6H + 2Mn2 + 3OH . Іони H і ВІН стягаються з утворенням слабко дисоційованих молекул води: 3Na2SO3 + H2O + 2KMn4 ----- Na2SO4 + 6H2O + 2Mn2 + 2OH 3Na2SO3 + H2O + 2KMn4 == Na2SO4 + 2Mn2 + KOH Використана література: 1. Хімія. Посібник / За ред. Хільченка М.І. – К., 1989. 2. Хімічна енциклопедія. – К., 1996. | |
| Переглядів: 485 | |
| Всього коментарів: 0 | |