Лекц. Исэлдэлтийн бууралтын тэнцвэр ба тэдгээрийн аналитик хими дэх үүрэг.

Исэлдэлт нь нэг буюу хэд хэдэн электроныг атом эсвэл ионоор алдахтай холбоотой урвал бөгөөд ангижрал нь атом эсвэл ионоор электрон олж авахтай холбоотой урвал юм. SOdd урвалууд нь хоорондоо холбоотой бөгөөд бие биенээсээ тусад нь авч үзэх боломжгүй. Тэдгээрийг бас исэлдэлтийн урвал гэж нэрлэдэг. Исэлдүүлэгч бодис нь өөр бодисоос электрон хүлээн авдаг бодисууд, ангижруулагч бодисууд нь өөр бодис руу электрон өгдөг бодис юм. Төрөл бүрийн атом ба ионуудын исэлдүүлэх чадвар нь тэдгээрийн хэвийн исэлдүүлэх потенциалын үнэлэмжээр тодорхойлогддог. Үүнийг давсны уусмалд дүрсэн туршилтанд хамрагдсан металл ба ердийн устөрөгчийн электродоос бүрдсэн гальван элементээр хэмждэг. Ердийн устөрөгчийн электродын потенциалыг устөрөгчийн ионы концентраци 1N ба 25 0 С-ийн температурт тэг гэж үздэг.Нернстийн тэгшитгэл: ORP утга нь уусмалд агуулагдах ионы температур ба концентрацаас хамаардаг ба дараах байдлаар илэрхийлэгдэнэ. Нернстийн тэгшитгэл - aA + bB = dD + eE урвалын хувьд; E =E 0 +RT/nF ln[A] a [B] b /[D] d [E] e хэлбэртэй, энд E нь исэлдэлтийн потенциал; E 0 - хэвийн исэлдүүлэх боломж; n - ионоор хүлээн авсан эсвэл өгсөн электронуудын тоо; R нь 8.314 Ж/(моль К)-тэй тэнцүү молийн хийн тогтмол; a,b,d,e - урвалын тэгшитгэлийн стехиометрийн коэффициентүүд; [A],[B],[D],[E] - ионы концентраци, моль/л; F нь Фарадей тогтмол, 96500 С-тэй тэнцүү; T нь үнэмлэхүй температур, K. R, F, T = 298 K утгуудыг Нерстийн тэгшитгэлд орлуулж, натурал логарифмаас аравтын логарифм руу шилжсэний дараа бид E=E 0 +0.059/n log [A] илэрхийллийг олж авна. a [B] b /[D ] d [E] e . Энэ томьёог ашиглан, ялангуяа титрлэлтийн янз бүрийн мөчид боломжит утгыг тооцоолох боломжтой, тооцооллыг E = aE "0 + bE" 0 / a томъёогоор хийдэг; + b, энд E " 0 ба E " 0 нь исэлдүүлэгч бодис ба ангижруулагчийн стандарт исэлдэлтийн бууралтын потенциал; a, b - өгсөн ба хүлээн авсан электронуудын тоо. Жишээ 1. Уусмал нь Cl - ба SO 3 2- анионуудыг агуулна. Хэрэв анионы концентраци тэнцүү байвал тэдгээрийн алийг нь калийн перманганатаар исэлдүүлэх вэ? Хүснэгтийн өгөгдлийн дагуу C1 -> C1 0 E 0 = 1.359 В, SO 3 2-> SO 4 2- E 0 = 0.17 V-ийн хувьд хэвийн ORP. Оролцогч ионуудын стандарт потенциалын зөрүү. урвалыг цахилгаан хөдөлгөгч хүчний урвал (EMF) гэж нэрлэдэг. EMF их байх тусам илүү эрч хүчтэй урвал явагдана.

Сульфитын ионы исэлдэлтийн урвалын хувьд emf нь 1.51-0.17 = 1.34 В, хлоридын ионы исэлдэлтийн хувьд 1.51-1.359 = 0.151 В байна. Үүний үр дүнд сульфитын ионы исэлдэлтийн урвал илүү эрчимтэй явагдаж, бүрэн исэлдэж дууссаны дараа л хлоридын ион исэлдэж эхэлнэ. Жишээ 2. 100 мл 0.1 Н титрлэх үед потенциалыг тооцоол. 99.9 мл 0.1 Н нэмэх үед FeSO 4 уусмал. KMnO 4 уусмал Учир нь 100 мл FeSO 4 уусмалд 99.9 мл KMnO 4 уусмал нэмж, уусмалд 0.1 мл FeSO 4 (100-99.9) үлдэнэ. Fe 2+ Fe 3+ шилжилтийн стандарт ORP нь 0.771 В, энэ тохиолдолд өгөгдсөн электронуудын тоо n = 1, өөрөөр хэлбэл. E=0.771+ 0.059/1 log 99.9/0.1=0.771+0.059 log 999=0.771+0.177=0.948 В.

Хүчтэй электролитийн хувьд концентрацийн оронд үйл ажиллагааг авдаг. EMF нь исэлдүүлэгчийн потенциал ба бууруулагчийн потенциалын зөрүүтэй тэнцүү байна: EMF = E исэл. -Сэргээх Урвалын EMF эерэг байвал аливаа ORR үүсдэг. Дасгал: = 0.005 моль/л ба = 0.1 моль/л бол Fe 3+ + e - Fe 2+ хагас урвалын ORP-ийг тооцоол. Шийдэл: Хүснэгтийг ашиглан бид E 0 (Fe 3+ / Fe 2+) redox хосуудыг олно E = 0.771 + 0.0591 log0.005 / 0.1= 0.0771 + 0.059?(log(5?10 -3)- log10 -1) = 0,771 + 0,059 -1,3 = 0,771-0,076 = 0,695 B. Исэлдэлтийн төлөв нь нэгдэл дэх атомын цэнэгийн хэмжээ ба тэмдэг бөгөөд молекул дахь бүх цэнэгийн алгебрийн нийлбэр тэгтэй тэнцүү байхаар тооцсон ба нийлмэл ион дахь - энэ ионы цэнэг. Цэнэгийн хэмжээг холбох электронуудын хамгийн их электрон сөрөг атомын харьцаа эсвэл 2 атомын электрон хуваалтаар тодорхойлогддог. Исэлдэлтийн төлөвийг тодорхойлох дүрэм:

1. Энгийн бодисын исэлдэлтийн төлөв (өөрөөр хэлбэл чөлөөт төлөвт) тэг байна.
2. Шүлтлэг металлын исэлдэлтийн түвшин үргэлж +1, харин шүлтлэг шороон металууд +2 байдаг.
3. Фторын исэлдэлтийн төлөв үргэлж -1 байна.
4. Устөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь +1 (гидридээс бусад - шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлуудтай нэгдлүүд, энд -1).
5. Хүчилтөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь үргэлж -2-тэй тэнцүү байна (фтортой нэгдлээс бусад нь -F 2 O, энэ нь +2-тэй тэнцүү, түүнчлэн H 2 O 2, энэ нь -1 ба бусад. устөрөгчийн хэт исэлээс гаргаж авсан хэт исэл).

Исэлдэлтийн төлөв нь хамгийн их, дунд, хамгийн бага байдаг. Хамгийн өндөр эерэг исэлдэлтийн төлөв нь Д.И.Менделеевийн хүснэгтэд байгаа элементийн бүлгээр тодорхойлогддог, жишээлбэл, Cl ба Mn нь хамгийн их эерэг исэлдэлтийн төлөвтэй, учир нь 7. 7-р бүлэгт байрладаг. Азотын хамгийн эерэг исэлдэлтийн төлөв N нь 5-тай тэнцүү, S нь хамгийн их эерэг исэлдэлтийн төлөвтэй 6 байна. Манганы нэгдлүүдийн исэлдэлтийн төлөв MnO -+2 - хамгийн бага, Mn 2 O 3 -+3 - завсрын, MnO 2 -+4 - завсрын, саармаг орчин, Mn 3 O 4 -+8/3 - завсрын, шүлтлэг орчин , K 2 MnO 4 -+6 - завсрын, KMnO 4 -+7 - хамгийн өндөр. HC1 -1, C1 2 -0, HC1O -+1-хамгийн бага, HC1O 2 -+3 - дунд, HC1O 3 -+5 - дунд, HC1O 4 -+7 - хамгийн өндөр. Исэлдэлтийн хамгийн өндөр төлөвт байгаа элементийн атом нь түүнийг нэмэгдүүлэх боломжгүй (электрон хандивлах) тул зөвхөн исэлдүүлэх шинж чанарыг харуулдаг бөгөөд хамгийн бага исэлдэлтийн төлөвт нь түүнийг бууруулж чадахгүй (электроныг хүлээн авах) бөгөөд зөвхөн багасгах шинж чанарыг харуулдаг. Завсрын исэлдэлтийн төлөвтэй элементийн атом нь исэлдүүлэх болон багасгах шинж чанарыг хоёуланг нь харуулж чаддаг. ORR-ийн үед атомын валент өөрчлөгдөхгүй байж болно. Жишээлбэл, H 0 2 + C1 0 2 = 2H + C1 - урвалын өмнөх ба дараа устөрөгч ба хлорын атомын валент нь нэгтэй тэнцүү, учир нь валент нь тухайн атомаас үүссэн бондын тоог тодорхойлдог тул цэнэгийн шинж тэмдэггүй байдаг. Мөн устөрөгч ба хлорын атомуудын исэлдэлтийн төлөв өөрчлөгдөж, + ба - тэмдгүүдийг олж авсан.

Бүх металууд нь зөвхөн бууруулах шинж чанартай байдаг. Хэрэв метал хавтанг усанд дүрвэл гадаргуу дээрх металлын катионууд нь туйлын усны молекулуудын нөлөөгөөр чийглэг болж, шингэн болж хувирдаг. Энэ тохиолдолд металлд илүүдэл үлдсэн электронууд нь түүний гадаргуугийн давхаргыг сөргөөр гадагшлуулдаг. Уусмал руу орсон гидрат катионууд ба металлын гадаргуу хооронд электростатик таталцал үүсдэг. Системд хөдөлгөөнт тэнцвэр тогтдог: Me + m H 2 O-Me (H 2 O) n + m (уусмал дахь) + ne - (металл дээр), энд n нь процесст оролцож буй электронуудын тоо юм. Металл-шингэний интерфейс дээр тодорхой боломжит үсрэлт - электродын потенциалаар тодорхойлогддог давхар цахилгаан давхарга гарч ирдэг. Электродын потенциалын үнэмлэхүй утгыг хэмжих боломжгүй, учир нь тэдгээр нь олон хүчин зүйлээс хамаардаг ба ихэвчлэн тодорхой нөхцөлд харьцангуй электродын потенциалтай ажилладаг - тэдгээрийг стандарт электродын потенциал гэж нэрлэдэг.

Металлын стандарт электродын потенциал нь металыг 1 моль/л концентрацитай (эсвэл идэвхтэй) давсны (эсвэл өөрийн ионы) уусмалд дүрж, 1 моль/л-ийн хэмжээтэй харьцуулан хэмжихэд үүсдэг электродын потенциал юм. стандарт устөрөгчийн электрод, 25 0 С-ийн нөхцөлт потенциалыг тэгтэй тэнцүү гэж авна (E 0 =O, DG 0 =0 нь изобарик-изотермийн потенциал буюу Гиббсийн энерги) Химийн ойрын хэмжүүр нь Гиббсын бууралт юм. энерги нь тухайн бодисын шинж чанар, түүний тоо хэмжээ, температураас хамаардаг бөгөөд төлөв байдлын функц юм. DG x.r. =?ДГ үргэлжлэл. - ?ДГ реф. арр. . Аяндаа үүсэх үйл явц нь потенциал буурах чиглэлд, ялангуяа DG буурах чиглэлд явагддаг.<0, процесс принципиально осуществим; еслиДG>0 бол процесс аяндаа үргэлжлэх боломжгүй. DG бага байх тусам энэ үйл явц үүсэх хүсэл улам хүчтэй болж, DG = 0 ба DH = TDS) тэнцвэрийн төлөвөөс холдох болно). Стандарт электродын потенциал (E 0) нэмэгдэхийн хэрээр металуудыг дараалан байрлуулснаар бид стандарт электродын потенциалыг (хүчдэлийн цуваа) цувралыг олж авдаг.

Хүчдэлийн цуваа дахь металлын байрлал нь стандарт нөхцөлд усан уусмал дахь ионуудын исэлдүүлэх шинж чанараас гадна түүний бууралтын чадварыг тодорхойлдог. E 0 утга бага байх тусам энгийн бодис хэлбэрээр өгөгдсөн металлыг багасгах шинж чанар нь их байх ба түүний ионуудын исэлдүүлэх чадвар бага байх болно. Электродын потенциалыг төхөөрөмжүүд - гальван эсүүдээр хэмждэг. Галваник эсийн ORR нь элементийн EMF эерэг утгатай байх чиглэлд урсдаг. Энэ тохиолдолд ДG 0< 0, т.к. ДG 0 = -nFE 0 . Электродный потенциал металла (Е) зависит от концентрации его ионов в растворе. Решение задач об изменении значений электродных потенциалов при различных концентрациях их ионов в растворе решается с помощью уравнения Нернста Е = Е 0 + 0,059/n?lgc, где с - концентрация (при точных вычислениях активность) гидратированных ионов металла в растворе, моль/л. Соответственно, зная электродный потенциал металла с помощью уравнения Нернста можно определить концентрацию ионов металла в растворе в моль/л. Также с помощью уравнения ЭДС можно определить какой металл будет в гальваническом элементе катодом, а какой анодом (с меньшим потенциалом - это анод). Е = Е 0 - в формуле Нернста при условии, что [ох] ==1моль/л. Значение Е 0 различных ОВ систем приводится в справочных таблицах. Т. например, Е(Fе 3+ /Fе 2+) = Е 0 (Fе 3+ /Fе 2+) + 0,059 lg (/); Е(Fе 3+ /Fе 2+)=0,77+0,059 lg (/). Значение редокс-потенциала определяют по отношению к стандартному водородному электроду, потенциал которого принят за 0.

Лекц №4.

Электролитийн уусмал дахь исэлдэлтийн тэнцвэрт байдал.

Төлөвлөгөө.

1. Исэлдэлтийн бууралтын (OR) урвал ба тэдгээрийн аналитик химийн хэрэглээ.

2. Редокс урвалын тэнцвэрийн тогтмол.

3. Электродын потенциалын үнэ цэнэд янз бүрийн хүчин зүйлийн нөлөөлөл.

1. Исэлдэх-багадах (OR) урвал ба тэдгээрийн аналитик химийн хэрэглээ

Редокс урвал гэдэг нь нэг бөөмөөс (атом, молекул, ион) электроныг бусдад шилжүүлэх замаар элементүүдийн исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөхөд хүргэдэг урвал юм.

Исэлдэлт Энэ нь атом, молекул эсвэл ионоор электронуудыг өгөх процесс юм:

Na 0 – ē → Na +

H 2 O 2 - 2ē → 2H + + O 2

SO 3 2- + 2OH - - 2ē → SO 4 2- + H 2 O

Сэргээх Энэ нь атом, молекул эсвэл ионоор электрон нэмэх процесс юм:

S 0 + 2ē → S 2-

H 2 O 2 + 2H + + 2ē → 2H 2 O

Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6ē → 2Cr 3+ + 7H 2 O

MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn 2+ + 4H 2 O

Аналитик химийн хувьд бууруулагч бодис болгон дараахь зүйлийг ихэвчлэн ашигладаг: H 2 O 2 , SnCl 2 , H 2 S , H 2 SO 3 , Na 2 S 2 O 3 ; исэлдүүлэгч бодис болгон - Cl 2; Br2; H2O2; K 2 Cr 2 O 7; KMnO4; HNO 3 болон бусад.

Исэлдэлтийг багасгах урвалд үргэлж хоёр бодис оролцдог бөгөөд тэдгээрийн нэг нь бууруулагч, нөгөө нь исэлдүүлэгч бодис юм. Энэ тохиолдолд исэлдүүлэгчийн хүлээн авсан электронуудын тоо нь бууруулагчийн өгсөн электронуудын тоотой үргэлж тэнцүү байх ёстой.

Редокс урвалын төрлүүд

Редокс урвалын үндсэн төрлүүд нь дараахь зүйлийг агуулдаг.

1 - молекул хоорондын исэлдэлтийн урвал (исэлдэлтийн төлөвийг өөрчилдөг элементүүд өөр өөр молекулуудад байдаг):

2-1+6-2

PbS + 4H 2 O 2 → ↓PbSO 4 + 4H 2 O

бууруулах бодис исэлдүүлэгч бодис

1 +1 0

NaCl + NaClO +H 2 SO 4 → Cl 2 + Na 2 SO 4 + H 2 O;

2 – молекул доторх исэлдэлтийн урвал(исэлдэлтийн төлөвийг өөрчилдөг элементүүд нь нэг молекулын нэг хэсэг):

3 +5 +1

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O

3 +6 0 +3

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O;

3 - диспропорциональ урвал (өөрийгөө исэлдэх-өөрийгөө бууруулах) (ижил элементийн атомууд нь зэрэглэлээ өөр өөр өөрчилдөг)исэлдэлт):

0 -1 +1

Cl 2 + 2NaO H → NaCl + NaClO + H 2 O

1 -2 0

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2

Ерөнхийдөө исэлдэлтийн процессыг илэрхийлдэгдараах байдлаар:

Үхэр+нэ Û Улаан

исэлдэлт.бууруулах

хэлбэр

Үхэр, Улаан хоёр хоорондоо холбоотой бөгөөд энэ нь исэлдэлтийн хос (редокс хос) юм.

Fe 3+ +1e Û Fe 2+

Cu 2+ +2e Û Cu 0

Үхэр улаан

Тэгшитгэл Ox + ne Û Улаан өнгө нь исэлдэлтийн шилжилт эсвэл исэлдэлтийн хагас урвалыг дүрсэлдэг.

Шилжилт нь эргэлт буцалтгүй эсвэл эргэлт буцалтгүй байж болно.

2JO 3 - +12H 3 O + +10e=J 2 0 ¯ +18H2O

Ag 2 O+H 2 O+2e=2Ag 0 ¯ +2OH -

2- +2e=Hg 0 ¯ +4Cl -.

Тиймээс исэлдүүлсэн хэлбэрийг харгалзах бууруулсан хэлбэртэй хослуулан исэлдүүлэх хос нь тодорхой исэлдүүлэх чадвартай байдаг. Эдгээр нь исэлдсэн хэлбэр нь электронуудыг хавсаргах чадвартай, багассан хэлбэр нь тэдгээрийг гадагшлуулах чадвартай холбоотой юм. Урвуу исэлдэх хосуудын исэлдэх чадварыг тооцоолохын тулд электродын потенциалыг ашигладаг.

Аливаа OM урвалд дор хаяж хоёр исэлдүүлэгч хос оролцдог - дор хаяж нэг исэлдүүлэгч бодис, нэг бууруулагч бодис. Урвалын бүтээгдэхүүн нь шинэ исэлдүүлэгч ба бууруулагч бодис (анхныхаас сул):

Үхэр 1 + Улаан 2 Û Улаан 1 + Үхэр 2

2Fe 3+ +Sn 2+ Û 2Fe 2+ +Sn 4+ .

Хүчил-суурь урвалын аналоги байдаг:

Хүчил 1+суурь 2Û суурь 1+хүчил 2.

Энэ бол ОБ урвалын электрон онол юм. OM гоожих магадлалА үйл ажиллагаа нь түүнд оролцдог исэлдэлтийн хосуудын химийн идэвхжилээр тодорхойлогддог. Редокс хосуудын химийн идэвхжил нь стандарт (хэвийн) исэлдэлтийн потенциал E 0 утгаараа тодорхойлогддог.

Уусдаг хэлбэрийн хосуудын стандарт (хэвийн) исэлдүүлэх потенциал нь нэг исэлдүүлсэн болон бууруулсан хэлбэрийг агуулсан уусмалд дүрсэн стандарт устөрөгч ба идэвхгүй (цагаан алт) электродын хооронд үүсэх потенциалын зөрүү юм (25 хэмд).° C ба хосын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн идэвхжил 1 моль/дм 3).

Жишээлбэл, Sn 4+ /Sn 2+ хосын потенциалыг тодорхойлохын тулд гальван элементийг угсардаг.

(-) Pt (H 2) / H 2 SO 4 // Sn 4+ / Sn 2+ / Pt (+ E 0 Sn4+/Sn2+ =+0.15 B);

Өөрөөр хэлбэл, потенциал нь редокс хос бүрэлдэхүүнийг багасгах эсвэл исэлдүүлэх цахилгаан химийн урвал явагддаг стандарт ба индикатор электродоос бүрддэг гальван элемент гэх мэт цахилгаан химийн элементэд хэмжигддэг. Заагч (ихэвчлэн Pt) электродын потенциалыг стандарт (хэвийн) устөрөгчийн электродтой харьцуулахад хэмждэг. Энэ нь H 2 SO 4 (эсвэл 1.25 М HCl) -ийн 1 N уусмалд дүрсэн цагаан алт электрод юм. Устөрөгчийг өрөөний температурт 101.3 кПа даралтын дор уусмалаар дамжуулдаг. Уг урвал электрод дээр явагдана:

2Н + +2е Û H 2

мөн 2H + /H 2 исэлдэлтийн хосын потенциал үүсэх бөгөөд үүнийг уламжлалт ёсоор тэг гэж үздэг. Энэ электродтой холбоотойгоор бусад исэлдэлтийн хосуудын потенциалыг хэмждэг. Үнэн хэрэгтээ цахилгаан химийн элементэд индикатор ба стандарт устөрөгчийн электродуудын хоорондох боломжит зөрүүг хэмждэг. OM уур нь нэгтгэх нэг төлөвт байгаа хэлбэрээс бүрдэж болно, жишээлбэл шингэн - Fe 3+ /Fe 2+, мөн өөр өөр хэлбэрээс, жишээлбэл,, шингэн ба хатуу – Zn 2+ /Zn 0. IN Үүнээс хамааран өөр өөр хосуудын стандарт OF потенциалын тодорхойлолт нь түүнийг хэмжих өөр өөр арга техникээс шалтгаалан арай өөр байдаг.

Цахилгаан саармаг металл агуулсан стандарт (хэвийн) OB потенциал E 0 хос нь түүний давсны уусмалд дүрсэн метал (1 моль/л металлын ионы идэвхжилтэй) ба стандарт устөрөгчийн электродын 25 хэмийн хооронд үүсэх потенциалын зөрүү юм.° ХАМТ.

Редокс системийн стандарт потенциалыг ашигланаRedox шинж чанаруудын объектив шинж чанаруудхолболтууд. Стандарт потенциалын эерэг утга их байх тусамисэлдүүлэгч бодис илүү хүчтэй болно. Үүний зэрэгцээ, сэргээгдсэн хэлбэрүүд хүчтэйисэлдүүлэгч бодисууд нь сул дорой бууруулагч шинж чанартай байдагба эсрэгээр, хүчтэй бууруулагч бодисуудын исэлдсэн хэлбэрүүд нь сул байдагисэлдүүлэх шинж чанар. Тиймээс исэлдэлтийн урвал нь сул дорой байдал үүсэх рүү чиглэнэХүчтэй бодисоос исэлдүүлэгч, бууруулагч бодисууд.

Стандарт боломжит утгуудын харьцуулалтыг исэлдэлтийн урвалын чиглэлийг урьдчилан таамаглахад ашиглаж болно.

Гэсэн хэдий ч стандарт боломжууд ихээхэн боломжтой гэдгийг анхаарч үзэх хэрэгтэйбодит байдлаас ялгаатай бөгөөд урвалын чиглэл өөрчлөгдөж болно.

E 0 (Zn 2+ / Zn 0) хосын потенциалыг тодорхойлохын тулд тэдгээр нь гальваник эсийг бүрдүүлдэг.

(-) Zn / ZnSO 4 // H 2 SO 4 / (H 2) Pt (+)

A(-): Zn 0 ® Zn 2+ + 2e;

K(+): 2H + + 2e ® N 2 0 .

Хэрэв электронууд устөрөгчийн электродоос метал электрод руу шилжвэл потенциалыг эерэг тэмдгээр авна; хэрэв - устөрөгчийн хувьд бол хосын потенциалыг уламжлалт байдлаар сөрөг утга гэж авна.

Редокс хосын E 0-ийн утга ба харьцуулалтаар OB урвалын үндсэн боломжийг тодорхойлох боломжтой. Жишээлбэл, Fe 2+ /Fe (E 0 = -0.44 V) ба Cu 2+ / Cu (E 0 = +0.34 V) хосуудын харилцан үйлчлэлийн үед E 0 утгуудыг харьцуулж үзэхэд исэлдүүлэгч бодис хаа сайгүй байх болно. Cu 2+ хэлбэр байх үед хоёрдахь системийн боломж нь эхний системийн потенциалаас их тул бууруулагч нь Fe байна.

Cu 2+ + Fe ® Fe 2+ + Cu.

Урвалын чиглэл нь цахилгаан хөдөлгөгч хүчний (EMF) утгаас хамаарна.

EMF = E 0 (исэлдүүлэгч бодис) - E 0 (бууруулах бодис).

Хэрэв EMF > 0, дараа нь шууд урвал явагдана. Хэрэв EMF< 0 бол энэ нь урвуу проекц юм.

Fe ба Cu 2+ тохиолдолд: EMF = +0.34-(-0.44) = +0.78 V. EMF их байх тусам харилцан үйлчлэл нь илүү эрч хүчтэй болно.

Стандарт RH потенциалыг 1 моль/л-ийн идэвхжилээр тодорхойлно. Бусад үйл ажиллагааны утгуудын хувьд потенциалыг Нернст-Перерсийн тэгшитгэлийг ашиглан тооцоолох шаардлагатай.

Лн ® бүртгэл, t=25 ° Зуун

Үхэр = Улаан E = E 0 байх үед.

Хэрэв хэлбэрүүдийн аль нэг нь хатуу эсвэл хийн үе шатанд байгаа бол зөвхөн шингэн фаз дахь хэлбэрийн үйл ажиллагааны утгыг Нерстийн тэгшитгэлд орлуулна.

E(Fe 2+ /Fe 0)

E(Cl 2 /2Cl -)

Хэрэв ионууд эсвэл усны молекулууд нэг хэлбэрээс нөгөө хэлбэрт шилжихэд оролцдог бол тэдгээрийг исэлдсэн эсвэл бууруулсан хэлбэрийн найрлагад оруулдаг. Исэлдүүлэх эсвэл ангижруулах электрон-ионы тэгшитгэлийг үүсгэ.

MnO 4 - + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O.

SnO 3 2- + H 2 O + 2e = SnO 2 2- + 2OH -.

Хэрэглээ:

Редокс урвалыг өргөнөөр ашигладагчанарын болон тоон шинжилгээ.

Чанарын шинжилгээнд исэлдэлтийн урвалыг дараахь зорилгоор ашигладаг.

Нэгдлүүдийг бага исэлдэлтийн төлөвөөс өндөр түвшинд хувиргахба эсрэгээр;

Муу уусдаг нэгдлүүдийг уусмал руу шилжүүлэх;

ион илрүүлэх;

Ионыг зайлуулах.

Тиймээс шүлтлэг орчинд устөрөгчийн хэт исэлтэй исэлдэх урвал явагданаIV аналитик бүлгийн катионуудын шинжилгээнд ашигладагSn(II), As(III), Cr(III) нэгдлүүдийг гидроксо- ба оксоанион болгон хувиргахЭдгээр элементүүдийн исэлдэлтийн өндөр төлөвт .

1. Бага исэлдэлтийн төлөвтэй элементүүдийн ион ба нэгдлүүдийг өндөр болон эсрэгээр хувиргах:

a) Fe 3+ дахь Fe 2+,

b) V-ээс III хүртэл.

2. Исэлдүүлэгч эсвэл бууруулагч бодистой урвалд ордог ионуудыг илрүүлэхийн тулд:

H+A III Ag+

M n 2+ MnO 4 - As -3 H 3 As +3

H2OMnO2AsV

3. Муу уусдаг нэгдлүүд үүсгэхийн тулд исэлдсэн эсвэл бууруулсан ионуудыг салгах.

H2O2

Mn 2+ MnO 2 ¯ .

Тэр -

4. Тоон хувьд.

Редокс урвалыг өргөн ашигладагзөвхөн катионуудын чанарын шинжилгээнд төдийгүй анионуудын шинжилгээнд.

Тиймээс анионуудын шинжилгээ хийх явцад хлороформтой хүчиллэг орчинд KI уусмалын үйлчлэлээр исэлдүүлэгч анионуудыг (Cr2O72-, AsO43-, NO3-) туршиж үздэг. Энэ нь чөлөөт иодыг үүсгэдэг бөгөөд энэ нь өнгө юмулаан ягаан өнгийн хлороформын давхарга.

Нэмж дурдахад анионыг багасгах туршилтыг явуулдаг (C 2 O 4 2-, S 2 O 3 2-,S 2-, SO 3 2-, AsO 3 3-, I -, NO 2-), иодын уусмалыг өнгөгүй болгоход үндэслэсэн.бага зэрэг хүчиллэг орчин (AsO 3 3-аас бусад).бага зэрэг шүлтлэг орчин).

-тэй туршилттөвлөрсөн H 2 SO 4 (Cl -, Br -, I -, CrO 4 2-, NO 3 -, SO 3 2-, S 2 O 3 2-гэх мэт), хамт энэ нь хийн бүтээгдэхүүн (Cl 2, I 2, CO 2 гэх мэт) ялгаруулдаг.

SO 3 2- зэрэг ангижруулагч анионуудыг илрүүлэхэд зориулагдсан.болон C 2 O 4 2- , NO 2 - цайруулахад хүргэдэг урвалыг хэрэглэнэ KMnO4 уусмалууд.

2. Редокс урвалын тэнцвэрийн тогтмол.

Ихэнх тохиолдолд зөвхөн чиглэлийг мэдэх шаардлагатай байдагисэлдэлтийн урвал, гэхдээ бас хэр бүрэн гүйцэдгоожиж байна. Тиймээс тоон шинжилгээнд эдгээр урвалуудыг ашигладагбараг 100% ахиц дэвшил (эсвэл үүнтэй ойрхон). Зэрэгурвалын явцыг тэнцвэрийн тогтмолоор тодорхойлно.

OB урвалын дамжих гүнийг тэнцвэрийн тогтмолоор тодорхойлно.

aОх 1 + brRed 2 = aУлаан 1 + bОх 2.

aОх 1 + ne = aУлаан 1 .

bRed 2 + ne = bОх 2.

E 1 = E 2 тэнцвэрт байдалд байна

½ ½

K тэнцүү

Тийм ч учраас

K тэнцүү = .

n нь урвалд оролцох электронуудын нийт тоо юм. Бүрэн явагдах урвал нь 10 8-аас их тогтмол утгатай байх ёстой (эхлэх бодисын 99.99% нь холбоотой байх тохиолдолд).

Энэ нь, .

Д E 0 ³ + 0.4 В (n=1)

Д E 0 ³ + 0.2 В (n=2)

Сүүлийн тэгшитгэлээс харахад ялгаа их байх болнопотенциалууд (E 0 Ox - E 0 Red), тэнцвэрийн тогтмол байх тусам илүү бүрэн гүйцэд болно.урвал зүүнээс баруун тийш явагдана. Гэсэн хэдий ч үүнийг санаж байх хэрэгтэйтэнцвэрийн тогтмолын том утга нь өндөр байгааг илтгэдэггүйүйл явцын хурд.

Урвалын хурд нь дараахь хүчин зүйлээс хамаарна.урвалын механизм, урвалжийн концентраци, уусмалын температур,катализатор эсвэл дарангуйлагч байгаа эсэх.

Концентраци нэмэгдэх тусам урвалын хурд нэмэгддэгурвалжууд, түүнчлэн температур нэмэгдэхэд. Ихэвчлэн нэмэгддэгТемпературыг 10 градусаар өсгөх нь урвалыг 2-4 дахин хурдасгахад хүргэдэг. Тэгэхээр,жишээ нь, калийн перманганат нь оксалийн хүчлийн уусмалаар урвалд орох үедхүчиллэг урвал аажмаар явагдаж, хурдасгахын тулд уусмалыг халаана.

Үүнээс гадна энэ урвал нь автокаталитик (катализаторурвалын бүтээгдэхүүнүүдийн нэг юм - Mn 2+ ион).

Хэд хэдэн тохиолдолд коньюгат гэж нэрлэгддэг эсвэлөдөөгдсөн исэлдэлтийн урвал.

Жишээлбэл, уусмал дахь Fe 2+ ионыг калийн перманганатаар исэлдүүлэх үеддавсны хүчлээр хүчиллэгжүүлсэн бол калийн перманганатын нэг хэсгийг хэрэглэдэгхлоридын исэлдэлтийн хувьд:

2MnO 4 – + 10Cl – + 16H + ® 2Mn 2+ + 5Cl 2 + 8H 2 O.

Fe 2+ ион байхгүй тохиолдолд энэ урвал явагдахгүй боловч ялгаа байдагстандарт боломжууд нь түүний үүсэх боломжийг олгодог. Урьдчилан сэргийлэхийн тулдгаж урвал, энэ процесс нь хүчиллэгжүүлсэн уусмалд явагддагхүхрийн хүчил.

3. Электродын потенциалын утгад янз бүрийн хүчин зүйлийн нөлөөлөл.

Бодит боломжийн үнэ цэнэ ийм байдлаар нөлөөлдөгорчны рН, урвалжийн концентраци, цогцолбор,хур тунадас үүсэх гэх мэт.

Хүрээлэн буй орчны рН нь бодит байдалд нөлөөлдөг гэдгийг тэмдэглэх нь зүйтэйзөвхөн H+ ба OH- ионы концентрацийг багтаасан тохиолдолд бишNernst тэгшитгэлд оруулах боловч заримдаа энэ тэгшитгэлд байхгүй тохиолдолд.

Энэ нь уусмал дахь ионуудын оршин тогтнох хэлбэр өөрчлөгдсөнтэй холбоотой байж болох юм(усанд үзүүлэх нөлөө литик болон бусад тэнцвэрт үйл явц).

Дээр дурьдсанчлан, E 0 MnO4-/Mn2+ исэлдэлтийн хосын потенциал нь хамаарнаустөрөгчийн ионы концентраци (заасан утга нь өөр байж болно1.51 В-оос 1.9 В хүртэл), тиймээс энэ шинж чанарыг ашигладаггалидын анионыг чөлөөт галоген болгон фракцалсан исэлдүүлэх.

Тиймээс рН 5-6 хооронд перманганат нь зөвхөн иодидуудыг исэлдүүлдэг (E 0 I2/ 2I- = 0.53). B), рН 3-д бромидууд исэлддэг (E 0 Br2 / 2Br- = 1.06 B) ба зөвхөн мэдэгдэхүйц температурт.Өндөр хүчиллэг үед хлоридууд исэлддэг (E 0 Cl2 / 2Cl- = 1.395 B).

1) уусмалын ионы хүч чадлын нөлөө.

Уусмалын ионы хүч чадлын өөрчлөлт нь ионы үйл ажиллагааны коэффициентийг өөрчлөхөд хүргэдэг. Исэлдсэн хэлбэрийн ионы цэнэг нь бууруулсан хэлбэрийн цэнэгээс ихэвчлэн өөр байдаг тул тэдгээрийн үйл ажиллагаа өөр өөр өөрчлөгддөг. Хэрэв Нернст томьёо дахь үйл ажиллагааны харьцаа өсөх юм бол исэлдэлтийн потенциал нэмэгдэнэ ба эсрэгээр.

Бодит потенциалыг ашиглан уусмалын ионы хүч чадлын нөлөөллийг харгалзан үзэх нь тохиромжтой.

Ойролцоогоор тооцооллын хувьд томъёог ихэвчлэн ашигладаг.

, өөрөөр хэлбэл бодит стандарт потенциалын оронд ердийн стандарт ОБ потенциалыг авна.

2) исэлдэлтийн хосын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн концентрацийн нөлөө.

Нернстийн тэгшитгэлээс харахад E=f(C Ox, C Red) байна. C Ox-ийн өсөлт, C Red-ийн бууралт нь потенциалыг нэмэгдүүлэхэд хүргэдэг ба эсрэгээр. Хэрэв исэлдсэн хэлбэр нь бууруулсан хэлбэрийн концентрацаас 100 дахин их байвал потенциал нь бодит стандарт боломжоос хэтэрнэ. IN.

Тиймээс концентрацийн харьцааны өөрчлөлт нь потенциалын харьцангуй бага өөрчлөлтийг үүсгэдэг. Тиймээс бид үүнийг хэлж чадна боломжийн үнэ цэнэд гол үүрэг нь бодит стандарт потенциал, өөрөөр хэлбэл редокс хосын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн химийн шинж чанар юм..

3) уусмалын рН-ийн нөлөөлөл.

Ихэнх тохиолдолд гидрони ионууд эсвэл гидроксидын ионууд усан уусмал дахь исэлдэлтийн шилжилтэд оролцдог. Энэ тохиолдолд гидронийн ионууд исэлдсэн хэлбэрийг бууруулах үйл явцад оролцдог.

Ox + aH + + ne= Улаан + n/2 H 2 O,

ба гидроксидын ионууд - исэлдэлтийн процесст бууруулсан хэлбэрээр:

Ox + a/2 H 2 O + ne= Улаан + aOH - .

Аль ч тохиолдолд уусмалын рН-ийн нөлөөг харгалзан үзэхэд бодит стандарт потенциалыг ашиглах нь тохиромжтой.

Хаана

Уусмалын рН бага байх тусам бодит стандарт потенциал өндөр, өөрөөр хэлбэл исэлдүүлэгч бодис нь илүү хүчтэй байдаг. Эдгээр нөхцлийн дагуу хос потенциалын утга нь исэлдэлтийн хосын хоёр хэлбэрийн концентрацийн харьцаанаас хамаарна.

Урвалын орчныг бүрдүүлэх дараах дүрэм байдаг.үйл явцын оновчтой урсгалд шаардлагатай:үр дүнд нь бол Редокс урвал нь H + эсвэл OH -ийг хуримтлуулдаг - ионууд, дараа нь байгаа орчныг бүрдүүлэх шаардлагатай эсрэг шинж чанар (шүлтлэг эсвэл хүчиллэг тус тус).

Үүнээс гадна урвалын хувьд та бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг авах хэрэгтэй (исэлдүүлэгч бодис бабууруулах бодис) ижил орчинд урвалд ордог. Үгүй болЭнэ тохиолдолд үйл явцыг саатуулж болно.

Хэрэв гидроксидын ионууд исэлдэлтийн шилжилтэд оролцвол бид дараахь зүйлийг авна.

5) цогцолборын нөлөө.

Энэ нөлөө нь маш чухал юм. Жишээлбэл, Fe 2+ ионыг бихроматаар титрлэх тохиолдолд H 3 PO 4 нэмэх нь Fe 3+-ийн исэлдсэн хэлбэрийг нэгдэл болгон нэгтгэх боломжийг олгодог бөгөөд үүний үр дүнд титрлэлтийн хэмжээ ихээхэн өсдөг. нэмэгддэг.

Цогцолбор үүсэх урвалыг судлахдаа нөлөөллийн тоон шинж чанарыг харгалзан үзнэ.

§ 1. Химийн шинжилгээний үндсэн аргуудын нэг болох исэлдэлт-багасгал

Исэлдэлтийн тухай ойлголт - бууруулах урвал. Исэлдэлтийг багасгах нь химийн шинжилгээний үндсэн аргуудын нэг бөгөөд аналитик практикт өргөн хэрэглэгддэг. Тиймээс редокс процессын онолын мэдлэг нь шинжээчийн хувьд маш чухал юм. Энэ догол мөрөнд нарийн ширийн зүйлийг орхигдуулж, бид исэлдэх-багадах урвалын талаархи зарим үндсэн ойлголтуудыг эргэн санах болно, учир нь тэдгээрийг ерөнхий болон органик бус химийн хичээл дээр нарийвчлан харуулсан болно. ЗСБНХУ-д исэлдэх-багадах урвалын ион-электрон онолыг үндэслэгч нь Я.И.Михайленко, Л.В.Писаржевский нар юм.

Исэлдэлт нь бөөмс (атом, ион эсвэл молекул) -аар электрон алдахтай холбоотой урвал бөгөөд бууралт нь электрон олж авах явдал юм.

Исэлдэж байгаа бодисоос электрон хүлээн авч байгаа бодисыг исэлдүүлэгч, өөр бодис руу электрон өгч буй бодисыг ангижруулагч гэнэ.

Исэлдэх, ангижруулах урвалууд нь харилцан хамааралтай, салшгүй холбоотой бөгөөд бие биенээсээ тусад нь авч үзэх боломжгүй юм. Тийм ч учраас тэдгээрийг исэлдүүлэх-багадах урвал (редокс урвал) гэж нэрлэдэг.

Исэлдэлтийн бууралтын урвал нь электрон дамжуулах (хандив эсвэл нэмэх) үргэлж холбоотой байдаг бөгөөд элементүүдийн исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлт (өсөлт эсвэл бууралт) дагалддаг.

Исэлдүүлэгч бодисууд. Аналитик лабораторид исэлдүүлэгч бодис болгон дараахь зүйлийг ихэвчлэн ашигладаг: хлор ба бромын ус, aqua regia.

Л.В.Писаржевский (1874-1938).

Үүнээс гадна ионууд болон бусад зарим нь исэлдүүлэгч бодис гэдгийг санах нь зүйтэй.

Өгөгдсөн исэлдүүлэгч бодис (атом эсвэл ион) -ын исэлдүүлэх чадлын хэмжүүр нь электроны хамаарал бөгөөд түүнд электрон нэмэх үед ялгарах энерги (электрон вольтоор илэрхийлэгдсэн ажил) юм (III бүлэг, § 27-г үзнэ үү).

Сэргээгчид. Дараахь бодисыг бууруулагч болгон ашигладаг: металл цайр, төмөр, хөнгөн цагаан гэх мэт ионууд нь мөн бууруулагч бодисууд юм.

Өгөгдсөн бууруулагч бодисын (атом эсвэл ион) бууруулах чадварыг хэмжих хэмжүүр нь иончлолын потенциал (иончлолын потенциал) бөгөөд энэ нь электроныг түүнээс зайлуулахын тулд зарцуулсан энергитэй (электрон вольтоор илэрхийлэгдсэн ажил) тоон үзүүлэлт юм. хязгааргүй зай (III бүлэг, § 27-г үзнэ үү).

Пропорциональ бус урвал (авто исэлдэлт - өөрийгөө эдгээх). Ижил бодис нь урвалын нөхцлөөс хамааран исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодис байж болно.

(а) урвалд азотын хүчил нь исэлдүүлэгч бодис, (б) урвалын хувьд энэ нь бууруулагч бодис юм.

Исэлдүүлэх, багасгах шинж чанарыг харуулсан бодисууд нь өөрөө исэлдэх чадвартай байдаг - өөрийгөө эдгээх урвал. Ийм урвалыг пропорциональ бус урвал гэж нэрлэдэг. Олон нэгдлүүд нь пропорциональ бус урвал үүсгэх чадвартай байдаг.

Аналитик практикт өргөн хэрэглэгддэг устөрөгчийн хэт ислийн исэлдэлтийн шинж чанарыг нарийвчлан авч үзье.

Устөрөгчийн хэт исэл нь H-O-O-H молекулуудын бүтцийн өвөрмөц шинж чанараас шалтгаалан исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодис хэлбэрээр илэрдэг.

Бууруулах бодисуудтай урвалд ороход энэ нь исэлдүүлэгч бодисын үүрэг гүйцэтгэдэг; a) хүчиллэг орчинд

Хүчтэй исэлдүүлэгч бодисын нөлөөн дор энэ нь бууруулах шинж чанарыг харуулдаг.

б) хүчиллэг орчинд

Устөрөгчийн хэт исэл нь зөвхөн хүчиллэг (дээрхийг харна уу) төдийгүй төвийг сахисан болон шүлтлэг орчинд бууруулах шинж чанартай байдаг.

Устөрөгчийн хэт исэл нь исэлдүүлэгч бодис болох хүчиллэг, шүлтлэг, төвийг сахисан орчинд тохиолддог урвалууд бас мэдэгдэж байна. Жишээ нь: а) хүчиллэг орчинд:

б) төвийг сахисан орчинд

в) шүлтлэг орчинд

Гэхдээ үүнээс гадна хүрээлэн буй орчны харьцангуй бага өөрчлөлттэй устөрөгчийн хэт исэл нь исэлдүүлэгч бодисын үүрэг гүйцэтгэдэг урвалууд байдаг, жишээлбэл:

Дараа нь бууруулагч бодис, жишээлбэл:

Устөрөгчийн хэт исэл нь давхар исэлдүүлэх шинж чанартай тул пропорциональ бус урвалд орох хандлагатай байдаг.

Металл, металл бус ба тэдгээрийн үүсгэсэн ионуудын исэлдэлтийн шинж чанар. Металл нь бууруулагч бодис юм. Металлын атомууд электроноо алдснаар цахилгаан эерэг ион болдог. Жишээ нь:

Металлын ионууд нь исэлдүүлэх эсвэл багасгах шинж чанартай байдаг. Электроныг олж авснаар металлын ионууд бага цэнэгийн ион (a) эсвэл төвийг сахисан төлөвт (b) шилждэг:

Металлын ионууд электроноо алдснаар өндөр цэнэгийн ион (a) эсвэл нарийн төвөгтэй ион (b) болж хувирдаг:

Металл бус бодисууд нь багасгах болон исэлдүүлэх шинж чанарыг хоёуланг нь харуулж чаддаг. Электроныг алдснаар металл бус атомууд нь усан орчинд исэл эсвэл хүчилтөрөгч агуулсан цогц ионуудыг үүсгэдэг цахилгаан эерэг ионууд болж хувирдаг. Жишээ нь:

Электроныг олж авснаар металл бус атомууд электрон сөрөг ион болж хувирдаг. Жишээ нь:

Сөрөг металл бус ионууд нь бууруулагч бодис юм. Электроныг алдснаар металл бус сөрөг ионууд нь саармаг төлөвт (a) эсвэл нарийн төвөгтэй ионуудад (b) шилждэг:

Хүчилтөрөгч агуулсан цогц ионуудын дийлэнх нь сөрөг цэнэгтэй байдаг, жишээлбэл, зарим ионууд эерэг цэнэгтэй байдаг: .

Цахилгаан эерэг элементүүдийг агуулсан хүчилтөрөгч агуулсан нийлмэл ионууд нь электроноо алдаж, ижил элементүүдийг агуулсан бусад нарийн төвөгтэй ионууд болж хувирдаг боловч илүү цахилгаан эерэг исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг. Жишээ нь:

Электроныг олж авснаар нарийн төвөгтэй ионууд нь бага валентын элементүүдийн ионууд (a), төвийг сахисан молекулууд (b) эсвэл сөрөг цэнэгтэй металл бус ионууд (c) зэрэг бусад нарийн төвөгтэй ионуудад хувирдаг.

Химийн холбоо. Химийн урвалууд нь электроныг бүрэн шилжүүлэх (ионы холбоо), электрон нягтрал буурах, нэмэгдүүлэх (туйлшрал), мөн электрон хуваах зэргээс шалтгаалан урвалд орж буй элементийн атомын электрон бүтэц өөрчлөгддөг. хос (ковалентын холбоо).

Химийн бондын шинж чанараас хамааран бодисыг ковалент ба ион болгон хуваах нь тодорхой утгаараа дур зоргоороо бөгөөд нэг буюу өөр төрлийн химийн бондын давамгайлсан илрэл дээр суурилдаг. Жишээлбэл, ион ба туйлшгүй ковалент холбоо нь туйл-ковалентын холболтын зөвхөн туйлын хил хязгаар бөгөөд үүнийг цэвэр ион ба ковалентаас хазайсан гэж үзэж болно.

Химийн бондын онолын дэлгэрэнгүй танилцуулга нь бидний даалгавар биш, учир нь эдгээр асуудлыг материйн бүтэц, ерөнхий, органик бус болон органик химийн хичээлүүдэд танилцуулдаг. Гэсэн хэдий ч исэлдэх-багарах урвалыг нэг атом, молекул, ионоос электроныг бусдад шилжүүлэх дагалддаг урвал гэж үзэж болохыг бид анхаарах ёстой.

Редокс урвалын тэгшитгэл зохиох. Исэлдэх-багадах урвалын тэгшитгэл зохиохдоо идеал ионы холбоо үүссэн эсэх нь тийм ч чухал биш юм. Нэг атомаас нөгөөд электрон шилжүүлэхтэй холбоотой элементүүдийн ионы хувиргалт нь хамгийн тохиромжтой ионы холбоо үүсэхэд дагалддаггүй тул энэ нь илүү ач холбогдолгүй юм.

Исэлдэх-багадах урвалын тэгшитгэлийг байгуулах янз бүрийн арга байдаг. Доор бид 1) исэлдэлтийн хагас урвал ба 2) бууралтын хагас урвал гэсэн хоёр хагас урвалын эмхэтгэлд үндэслэсэн ион-электрон аргыг авч үзэх бөгөөд оюутнуудыг номын төгсгөлд хавсаргасан номограммыг ашиглан тодорхойлоход оролцдог. исэлдэх-багадах урвалын чиглэл. Эдгээр номограммуудыг ашиглан хагас урвалын ион-электрон тэгшитгэлийг тусад нь хялбархан бичиж, дараа нь исэлдэх-багарах урвалын ерөнхий ионы тэгшитгэл болгон нэгтгэн дүгнэж болно.

Хагас урвалууд нь исэлдүүлэгч бодис руу шилжсэн электронуудын нийт тоо нь ангижруулагчийн алдсан электронуудын тоотой тэнцүү байхаар тэнцвэржүүлдэг.

Хэрэв бид туслах тэгшитгэлийн 1-р хагас урвал ба 2-р хагас урвалын зүүн талд бичигдсэн бүх бодисыг урвалд зарцуулсан ("зардал"), баруун талд бичигдсэн бодисыг хүлээн авсан гэж төсөөлвөл. урвал ("оролт"), дараа нь урвалын тэгшитгэлийг эцсийн хэлбэрээр гаргах нь тийм ч хэцүү биш юм. Үүнийг хийхийн тулд та зүгээр л нэгтгэн дүгнэх хэрэгтэй (тэнцвэрийг гаргах).

Заасан номограмм (Хавсралтыг үзнэ үү) эсвэл исэлдэлтийн потенциалын хүснэгтийг (Хүснэгт 5, х. 96-г үзнэ үү) ашиглан тэгшитгэлийг хийхээсээ өмнө энэ урвал ажиллах уу, үгүй юу гэсэн гол асуултыг шийдэх хэрэгтэй.

Үүнийг хийх ёстой, учир нь тэгшитгэлийг тэнцвэржүүлж болох, өөрөөр хэлбэл цаасан дээр бичсэн олон урвалууд нь өгөгдсөн нөхцөлд бараг явагддаггүй.

Жишээлбэл, ямар ч хариу үйлдэл үзүүлэхгүй

гэхдээ сөрөг хариу гарч байна

Үргэлжлэх хариу үйлдэл:

ба тэдгээрийн эсрэг хариу үйлдэл нь ижил нөхцөлд бараг тохиолддоггүй.

Дараах исэлдэх-багадах урвалыг авч үзье.

Туслах тэгшитгэл

Бүрэн хэлбэрээр исэлдэх-багадах урвалын тэгшитгэл нь хоёр хагас урвалын нийлбэрийн үр дүн гэдгийг харахад хялбар байдаг.

Энэ жишээнд ялгарсан хүчилтөрөгчийн ионтой исэлдэлтийн хамгийн өндөр түвшний ионууд нь хүчиллэг орчинд усанд уусдаггүй метатин хүчил, бисульфатын ион, хүчиллэг орчинд хүчилтөрөгчийн ионтой устөрөгчийн ионууд нь усны молекулуудыг үүсгэдэг.

Молекул хэлбэрээр дээрх урвалыг дараах байдлаар илэрхийлж болно.

Ерөнхийдөө исэлдэх-багадах урвалын ион-электрон тэгшитгэлийн баруун талыг бүрдүүлэхдээ дараахь дүрмийг баримтлах ёстой.

Устөрөгчийн ионуудын тухай

1) ялгарсан (a) эсвэл үүссэн (б) хүчилтөрөгчийн ионууд эсвэл гидроксил ионуудтай (в) устөрөгчийн ионууд нь төвийг сахисан бод молекулуудыг үүсгэдэг.

2) фтор, хүхэр, селен, теллур, азот болон бусад элементүүдийн ионуудтай исэлдэлтийн доод төлөвт устөрөгчийн ионууд нь харгалзах сул электролитийг үүсгэдэг.

3) ус ба аммиакийн төвийг сахисан молекулуудтай устөрөгчийн ионууд нь гидрони ба аммонийн ионуудыг үүсгэдэг.

Гидроксил ионуудын тухай

1) исэлдэлтийн доод түвшний элементүүдийн нэгдлүүдийг илүү өндөр исэлдэлтийн төлөвт исэлдүүлэх явцад гидроксил ионууд, исэлдэлтийн өндөр түвшний элементүүдийн хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд ба ус үүсдэг.

2) усанд уусдаггүй гидроксид үүсэх хандлагатай элементүүдтэй гидроксил ионууд нь гидроксидын тунадас үүсгэдэг.

3) цогцолбор үүсэх хандлагатай элементүүдийг исэлдүүлэх явцад гидроксил ионууд нь тэдэнтэй хамт гидроксо комплекс ион үүсгэдэг.

4) устөрөгчийн ион ба аммонийн ионуудтай гидроксил ионууд нь ус (a) ба аммиакийн (b) молекулуудыг үүсгэдэг:

Усны молекулуудын тухай

1) хүчилтөрөгчийн ионуудыг ялгаруулж (a) эсвэл үүссэн (б) усны молекулууд нь гидроксил ионуудыг үүсгэдэг:

2) исэлдэлтийн доод түвшний элементүүдийн ионуудыг илүү өндөр усны молекулууд болгон исэлдүүлэх явцад хүчилтөрөгч агуулсан цогц ионууд (a) ба усанд уусдаггүй нэгдлүүд (b), түүнчлэн устөрөгчийн ионууд үүсдэг.

3) хамгийн их исэлдэлтийн түвшний элементүүдийн нэгдлүүдийг ус байгаа нөхцөлд исэлдэлтийн доод түвшинд хүргэх явцад исэлдэлтийн доод түвшний элементүүдийн нэгдлүүд (a), усанд уусдаггүй нэгдлүүд (б) ба гидроксил ионууд үүсдэг.

Бусад ионуудын тухайд

1) уусдаггүй нэгдлүүдийг өгөх хандлагатай нэг, хоёр, гурав дахин цэнэглэгдсэн металлын ионууд нь төвийг сахисан эсвэл хүчиллэг орчинд хүчиллэг үлдэгдэлтэй уусдаггүй давс үүсгэдэг, жишээлбэл:

Гураваас дээш эерэг цэнэг агуулсан чөлөөт (эсвэл усжуулсан) катионууд нь усан уусмалд байдаггүй гэдгийг санах нь зүйтэй. Устай урвалд орж янз бүрийн исэлдэх-багадах урвалын явцад өндөр цэнэгтэй ионууд усны хүчилтөрөгчийн ионуудтай шууд нэгдэж, хүчилтөрөгч агуулсан цогц ионуудыг үүсгэдэг.

Аналитик хими дэх исэлдэх-багадах урвалын хэрэглээ. Химийн шинжилгээнд исэлдэлтийг багасгах урвалыг өргөн ашигладаг.

1. Шинжилгээний явцад тэдгээрийн хортой нөлөөллөөс урьдчилан сэргийлэхийн тулд исэлдэлтийн доод хэлбэрийн элементүүдийн ион ба нэгдлүүдийг дээд (а) хэлбэрт, доод (б) хэлбэрт шилжүүлэх:

а) төмрийн (II) ионууд шинжилгээнд саад учруулах тохиолдолд урьдчилсан исэлдүүлэх;

б) устөрөгчийн сульфид бүхий гидрохлоридын уусмал дахь хур тунадасны үед багасгах зориулалттай.

2. Исэлдүүлэгч эсвэл ангижруулагч бодисуудтай өвөрмөц урвал үзүүлдэг ионуудыг илрүүлэх, жишээлбэл:

3. Муу уусдаг нэгдлүүдийг үүсгэхийн тулд исэлдсэн эсвэл бууруулсан ионуудыг ялгах, жишээлбэл:

4. Олон тооны органик бус болон органик нэгдлүүдийг гравиметрийн буюу эзэлхүүний аргаар тодорхойлох (2-р номыг үзнэ үү).

Холбооны боловсролын агентлаг

____________________________________________________________

Мэргэжлийн дээд боловсролын улсын боловсролын байгууллага Санкт-Петербург улсын технологийн дээд сургууль (Техникийн их сургууль)

______________________________________________________________

Физик химийн тэнхим

Ильин А.А., Нараев В.Н., Смирнова Е.Н., Фомичева Т.И.

Редокс процессын химийн үндэс

Практик дасгал хийх заавар

Санкт-Петербург

UDC 541(076.5)

Редокс процессын химийн үндэс: Практик дасгалын удирдамж / А.А.Ильин, В.Н., Фомичева, Санкт-Петербург, 2006. – 52.

Удирдамжууд нь исэлдэлтийн процессын онолын үндсэн ойлголтуудыг товчхон авч үздэг. Хэрэгжүүлэх нөхцлөөс хамааран урвалын бүтээгдэхүүнийг урьдчилан таамаглах, исэлдэлтийн урвалын тэгшитгэлийг гаргах, стехиометрийн коэффициентийг сонгох аргыг танилцуулж байна. Хамгийн чухал исэлдүүлэгч бодис, ангижруулагч бодисын исэлдүүлэх хувирал ба шинж чанарыг тайлбарласан болно. Гарын авлагад мөн хэсгүүд багтсан болно

Их дээд сургуулийн химийн бус бусад мэргэжлээр суралцаж буй оюутнуудад практик болон лабораторийн хичээлд ашиглах, ерөнхий болон тусгай химийн шалгалтанд бэлтгэх, түүнчлэн "Химийн тоног төхөөрөмжийн зэврэлт" хичээлийг судлахад нэмэлт материал болгон ашиглахыг зөвлөж байна. исэлдэх-багадах урвалын талаар.

Зураг 3, хүснэгт. 2, ном зохиол. 8 гарчиг

Шүүмжлэгч:

А.Н.Беляев, химийн шинжлэх ухааны доктор, Санкт-Петербургийн Улсын Техникийн Их Сургуулийн (ТУ) Катализаторын химийн технологийн тэнхимийн профессор

2006 оны 9-р сарын 11-ний өдрийн Химийн тэнхимийн сургалт, арга зүйн комиссын хурлаар батлагдсан.

ТАНИЛЦУУЛГА

Химийн үйлдвэрлэлийн аж ахуйн нэгжүүдэд ажилладаг мэдээллийн технологийн чиглэлээр ажилладаг орчин үеийн мэргэжилтэн нь цахилгаан тоног төхөөрөмж, харилцаа холбооны сүлжээ, автоматжуулсан хяналтын систем, процессын хяналтын системийг үр ашигтай ажиллуулах, үүний тулд исэлдүүлэх, багасгах зэрэг химийн үйл явцын талаар ойлголттой байх ёстой. , зэврэлт, электролиз.

Редокс процессууд нь олон тооны цахилгаан химийн үйлдвэрүүд (электролиз, пироэлектрометаллурги, металлотерми, гидрометаллурги, тэсэлгээний зуух гэх мэт), олон үнэ цэнэтэй бүтээгдэхүүн үйлдвэрлэх, түүнчлэн гальваник болон түлшний эсэд химийн энергийг цахилгаан энерги болгон хувиргах үйл явц юм.

Редокс урвал нь байгаль дахь бодисын эргэлтийг дагалддаг биологийн системийн үйл ажиллагаа, амин чухал үйл ажиллагаанд (фотосинтез, амьсгалах, хоол боловсруулах, исгэх, задрах) чухал үүрэгтэй.

Аналитик химид исэлдэх-багадах урвалд суурилсан аргуудыг (потенциометр, редоксиметри, кулометри, полярографи гэх мэт) өргөн ашигладаг.

1. РЕДОКС РЕАКЦ

Редокс урвалын онцлог шинж чанарууд

Химийн урвалыг хоёр үндсэн төрөлд хувааж болно. Эхнийх нь урвалд орж буй бодисыг бүрдүүлдэг химийн элементүүдийн атомуудын исэлдэлтийн төлөв өөрчлөгддөггүй урвалууд орно. Ийм хариу үйлдэл нь:

солилцооны урвал, жишээлбэл,

BaCl2 + K2 SO4 = BaSO4 + 2 KCl;

холболтын урвал, жишээлбэл.

CaO + 2 H2 O = Ca(OH)2 ;

задралын урвал, жишээлбэл

CaCO3 = CaO + CO2.

Өөр нэг төрөлд химийн урвал орно

атомын исэлдэлтийн төлөв өөрчлөгддөг . Жишээлбэл, урвалд орно

Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2

Цайр ба устөрөгчийн атомууд исэлдэлтийн төлөвөө өөрчилдөг. Ийм урвалыг нэрлэдэг redox. Исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлт нь электронууд нэг атом эсвэл ионоос нөгөөд шилжсэний үр дүнд үүсдэг.

Исэлдэлт нь бөөмс (атом, молекул, ион) нэг буюу хэд хэдэн электроныг өгөх үйл явц юм. Молекулууд, атомууд эсвэл ионууд нь электрон өгч, харгалзах атомуудын исэлдэлтийн төлөвийг нэмэгдүүлэх чадвартай бодисуудыг нэрлэдэг. сэргээн засварлагчид. Электрон хандивлах явцад бууруулагч бодис нь исэлддэг.

Сэргээхбөөмс (атом, молекул, ион) нэг буюу хэд хэдэн электрон нэмэх үйл явц юм. Молекулууд, атомууд эсвэл ионууд нь электрон нэмж, харгалзах атомуудын исэлдэлтийн төлөвийг бууруулах чадвартай бодисуудыг исэлдүүлэгч бодис гэж нэрлэдэг. Электрон нэмэх процессын явцад исэлдүүлэгч бодис багасна.

Жишээ болгон энгийн бодисоос (төмөр ба хүхэр) төмрийн сульфид үүсэх урвалыг авч үзье.

Энэ урвалын явцад хоёр электроноо алдаж, төмрийн атом исэлдэж, исэлдэлтийн төлөвийг тэгээс нэмэх хоёр хүртэл нэмэгдүүлнэ (исэлдэлтийн процесс):

Fe - 2 ē → Fe.

Үүний зэрэгцээ хоёр электроныг авч буй хүхрийн атом буурч, исэлдэлтийн төлөвийг тэгээс хасах хоёр хүртэл бууруулна (бууруулах процесс):

S + 2 ē → S.

Төмрийн исэлдэлт нь хүхрийн улмаас үүссэн бөгөөд үүнээс илүү электрон сөрөг элемент болохын хувьд түүний электронууд шилждэг. Электроныг хүлээн авч исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэснээр хүхэр буурч, ангижруулагч бодис болох төмрийг исэлдүүлдэг.

Нэгдлүүд дэх атомуудын исэлдэлтийн төлөв

Химийн элементийн исэлдэлтийн төлөв 1 (цаашид бид үүнийг Латин үсгээр n гэж тэмдэглэнэ) нь исэлдүүлэгч эсвэл бууруулагч бодисын молекул дахь бүх холбоог ион гэж тооцсон нэгдэл дэх атомын нөхцөлт цэнэгийг хэлнэ. Өөрөөр хэлбэл,исэлдэлтийн төлөв Энэ нь нэгдлүүдийн бусад атомуудтай химийн холбоо үүсгэдэг бүх электрон хосууд нь хамгийн цахилгаан сөрөг элементийн атомууд руу бүрэн шилжсэн тохиолдолд атом дээр үүсэх цахилгаан цэнэг юм. Энэ утга нь албан ёсны шинж чанартай бөгөөд ихэнх тохиолдолд электрон үүлний шилжилтийн улмаас атомууд дээр үүссэн цахилгаан цэнэгийн жинхэнэ утгуудаас хол байдаг.

Исэлдэлтийн тоо нь сөрөг, эерэг (бүхэл ба бутархай), тэг утгыг авч болох бөгөөд өмнөх нэмэх эсвэл хасах тэмдэг бүхий нийлмэл томъёоны элементийн тэмдгийн дээр байрлуулна, жишээлбэл:


KMnO4	H2SO4

Хамгийн их электрон сөрөг элементүүдийн атомууд нь нэгдэл дэх сөрөг исэлдэлтийн төлөвтэй байдаг бөгөөд тэдгээр рүү холбогч электрон үүл шилждэг. Бусад атомуудад электроноо өгсөн атомууд эерэг исэлдэлтийн төлөвийг олж авдаг.

Моноатом ион дахь элементүүдийн исэлдэлтийн зэрэг нь тэдгээрийн цэнэгтэй тоогоор давхцдаг. Редокс урвалыг зохиохдоо бодит амьдралын ионуудын цэнэгийг ихэвчлэн тооны ард тэмдгээр бичдэг. Жишээ нь,

Na 1+ Ca 2+ Fe 3+ NO 3 - SO 4 2- PO 4 3-

1 Уран зохиолд үүнийг исэлдэлтийн тоо гэж нэрлэдэг - англи хэлнээс - исэлдэлтийн тоо

Нэгдэл дэх элементийн исэлдэлтийн төлөвийг (ионы цэнэг) бүртгэхдээ нэгжийг ихэвчлэн орхигдуулдаг.

Нэгдлийн элементийн исэлдэлтийн төлөвийг түүний валент байдлаас нь ялгах хэрэгтэй бөгөөд энэ нь эхнийх нь давхцахгүй байж болно. Валентын бондын онолын дагуу валент нь нэгдэл дэх бусад атомуудтай атом үүсгэдэг ковалент бондын тоогоор тодорхойлогддог. энэ нь тэг биш тэмдэггүй бүхэл тоогоор илэрхийлэгдэнэ. Жишээлбэл, CH4, CH3Cl, CHCl3, CCl4 нэгдлүүд дэх нүүрстөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь -4, -2, +2, +4 байна. Нүүрстөрөгчийн валент, өөрөөр хэлбэл. Эдгээр бүх нэгдлүүдэд түүний үүсгэсэн ковалент бондын тоо 4 байна.

Нэгдлүүд дэх элементийн атомуудын исэлдэлтийн түвшинг тодорхойлохын тулд дараахь заалтуудыг баримтална.

1. Ихэнх нэгдлүүдийн устөрөгч нь исэлдэлтийн төлөвийг +1 харуулдаг. Үл хамаарах зүйл: шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металлын гидридүүд

(NaH, KH, CaH2 гэх мэт), устөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв n = -1 байна.

2. Нэгдлүүдийн дийлэнх хэсэг дэх хүчилтөрөгч n = -2-тэй тэнцүү исэлдэлтийн төлөвтэй байна.

Үл хамаарах зүйл:

a) хүчилтөрөгчийн атомын исэлдэлтийн төлөв n = -1 байх хэт исэл (H2 O2, Na2 O2, K2 O2, BaO2 гэх мэт);

б) хэт исэл (KO2, RbO2, CsO2 гэх мэт), тэдгээрийн исэлдэлтийн төлөв -1 нь нарийн төвөгтэй супероксидын ион -1-тэй байдаг тул хүчилтөрөгчийн атом бүрийн исэлдэлтийн төлөв нь албан ёсоор n = -1/2;

в) озонидууд (KO3, RbO3, CsO3 гэх мэт), озонидын ион -1 нь нэг сөрөг цэнэгтэй тул хүчилтөрөгчийн атом бүрийн исэлдэлтийн төлөв нь албан ёсоор n = -1/3;

г) хүчилтөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв n = +2 ба n = +1 тус тус OF2 ба O2 F2 хүчилтөрөгчийн фторидууд.

3. Энгийн бодисын (N2, Cl2, O2, Pb, Cu гэх мэт) элементүүдийн атомын исэлдэлтийн төлөвийг тэг гэж үзнэ.

4. Нэгдлүүдийн исэлдэлтийн тогтмол түвшинг шүлтлэг металлууд (n = +1), үелэх системийн хоёрдугаар бүлгийн үндсэн дэд бүлгийн металлууд, цайр, кадми (n = +2) харуулдаг.

5. Элементийн атомуудын хамгийн өндөр эерэг исэлдэлтийн төлөвийг Д.И.Менделеевийн элементүүдийн үечилсэн систем дэх бүлгийн дугаараар тодорхойлно. Үл хамаарах зүйл нь зэсийн дэд бүлгийн элементүүд (Cu, Ag, Au), хүчилтөрөгч, фтор, түүнчлэн наймдугаар бүлгийн металлууд юм.

6. Химийн нэгдлийн молекулд орсон бүх элементийн атомын исэлдэлтийн төлөвийн алгебрийн нийлбэр нь үргэлж тэгтэй тэнцүү байна.

Нарийн төвөгтэй ионыг бүрдүүлдэг элементийн бүх атомын исэлдэлтийн төлөвийн алгебрийн нийлбэр нь түүний цэнэгтэй тэнцүү байна.

Эдгээр дүрмүүд дээр үндэслэн нэгдэл дэх элементийн атомын исэлдэлтийн төлөвийг тодорхойлохын тулд, жишээлбэл, аммонийн гидроксид NH4 OH дахь азотын хэлбэрийн тэгшитгэлийг зурна.


NH4OH	5 (+1) + 1 (-2) + 1 n = 0

Нэгдэл дэх азотын исэлдэлтийн төлөвтэй холбоотой нэг үл мэдэгдэх хэмжигдэхүүнтэй тэгшитгэлийг шийдэж бид n = -3 болно.

Үндсэн дэд бүлгийн элементүүдийн исэлдэлтийн үндсэн төлөвийг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.Нэгдлүүдийн үндсэн дэд бүлгийн элементүүдийн исэлдэлтийн хамгийн өндөр түвшин нь дүрмээр бол үелэх системийн бүлгийн дугаартай давхцаж байгааг харж болно.

Тогтвортой исэлдэлтийн төлөвийг тодорхойлох боломжийг олгодог элементүүдийн үечилсэн хүснэгтийг ашиглах дүрмийг 1-р хүснэгтэд үзүүлэв.

Хүснэгт 1. Үелэх систем дэх химийн элементийн байрлалаас хамааран нэгдлүүдийн исэлдэлтийн төлөв

Элементүүдийн үелэх системийн бүлгийн дугаар N


		Хамгийн өндөр		боломжтой

исэлдэлт	бүлгийн дугаар
доторх элемент
холболтууд		Дунд зэрэг		исэлдэлтийн төлөв
тоотой тэнцүү	элемент		холболтын хувьд тэнцүү байна
	бүлэг хасах хоёр 2:

		Хамгийн бага		боломжтой
	нэгдлүүд дэх элементийн исэлдэлт нь тэнцүү байна
	бүлгийн тоо хасах найм:

Жишээлбэл, зургаа дахь бүлэгт багтдаг хүхрийн хувьд тогтвортой исэлдэлтийн төлөв +6, +4, -2 байна. VII бүлгийн үндсэн дэд бүлгийн элементүүдийн хувьд (F-ээс бусад) хүснэгтэд үзүүлснээр тогтвортой исэлдэлтийн төлөв: +7, +5, +3, +1, -1.

2 Азот нь хэд хэдэн завсрын исэлдэлтийн төлөвийг харуулдаг: +4, +3, +2, +1.

Шилжилтийн элементүүдийн хувьд санаж байх ёстойдараах тогтвортой исэлдэлтийн төлөв: Cu +2, (+1); Ag+1; Au +3, +1; Zn +2; CD+2; Hg +2 (+1); Cr +6, +3; Mn +7, +6, +4, +2; Fe +3, +2; Co+2; Ni +2.

NB 3! Эндээс харахад валент байдлаас ялгаатай нь исэлдэлтийн төлөв

Нэгдлүүдийн химийн элементийн атомууд нь бүхэл ба бутархай, эерэг ба сөрөг утгыг авч болох бөгөөд энгийн бодисуудад үүнийг тэгтэй тэнцүү авна.

Редокс урвалын төрлүүд

Олон тооны исэлдэлтийн урвалын дотроос гурван төрлийг ялгадаг.

-- молекул хоорондынисэлдэлтийн бууралт;

-- молекул доторхисэлдүүлэх-бууруулах

-- исэлдэлтийн төлөвийн дагуу диспропорциональ урвал (мөн дисмутацийн урвал эсвэл өөрөө исэлдэлтийн урвал гэж нэрлэдэг - өөрийгөө эдгээх урвал).

IN молекул хоорондын урвалисэлдүүлэх-бууруулах Исэлдэлтийн төлөвийг янз бүрийн молекулуудыг бүрдүүлдэг элементүүдийн атомууд өөрчилдөг, жишээлбэл:

2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2

Исэлдэлтийн төлөвөөр диспропорциональ урвал

(дисмутаци) нь нэг нэгдлийн нэг хэсэг болох ижил элементийн атомууд нь бууруулагч ба исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг урвал юм, жишээлбэл:

NH4 NO3 = N2 + 2 H2 O

3 NB! = Нота Бене! Анхаарна уу!

Дээрх урвалд азотын атомын исэлдэлтийн төлөвийг тэнцүүлж байна: аммонийн нитратын хувьд азот нь хоёр өөр исэлдэлтийн төлөвт -3 ба +3 байдаг ба урвалын үр дүнд үүссэн молекул азотод азотын атомууд исэлдэлтийн тэг төлөвтэй байна. .

Атомын бүтцээс хамааран элементүүдийн исэлдэлтийн шинж чанар

Редокс урвал үүсэх нь урвалын системд атом, молекул эсвэл ионууд байх ёстой бөгөөд тэдгээр нь электрон хандивлах, олж авах чадвараараа эсрэгээрээ байдаг.

Элементүүдийн атомын цөмийн цэнэг нэмэгдэх үед энгийн бодисын бууруулагч шинж чанар буурч, исэлдүүлэх шинж чанар нь нэмэгдэж, галогенийн хувьд дээд тал нь хүрдэг.

Тогтмол системийн үндсэн дэд бүлгүүдэд цөмийн цэнэг нэмэгдэхийн хэрээр багасгах шинж чанар нэмэгдэж, исэлдүүлэх шинж чанар нь сулардаг.

Металлын атомууд нь гаднах энергийн түвшинд 1, 2 эсвэл 3 электронтой байдаг тул зөвхөн багасгах шинж чанартай байдаг. Металлын атомуудын электроныг өгч, катион болгон хувиргах чадвар нь иончлолын потенциалаар тодорхойлогддог. Иончлолын энергийн үнэ цэнэ бага байх тусам металыг багасгах чадвар илүү хүчтэй болно. Хамгийн хүчтэй бууруулагч нь шүлтлэг ба шүлтлэг шороон металууд юм.

Тэдний бууруулж буй шинж чанаруудын бат бөх чанарт үндэслэн металлыг буурах дарааллаар эрэмбэлдэг (1-р зургийг үз). 2-р зурагт үзүүлсэн химийн элементүүдийг багасгах чадварын дагуу байрлуулах дарааллыг гэж нэрлэдэг ойролцоо хүчдэлэсвэл металлын үйл ажиллагаа.

Li Cs K Ca Na Mg Al Zn Fe Co Ni Sn Pb H2 Cu Ag Hg Au

Атомуудын электроныг өгөх чадварыг (өмчийг) бэхжүүлэх (атомын бууруулах шинж чанарыг бэхжүүлэх)

Li + Cs + K + Ca 2+ Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Fe 2+ Co 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Ag + Hg 2+ Au 3+

Ионы электронуудыг холбох чадварыг бэхжүүлэх (ионуудын исэлдүүлэх шинж чанарыг нэмэгдүүлэх)

Зураг 1 Металлын цахилгаан химийн хүчдэлийн цуваа (хүчиллэг орчинд).

Үүнтэй төстэй эгнээнд хамгийн их тохиолддог исэлдүүлэгч бодисуудыг исэлдүүлэх чадварынх нь буурах дарааллаар (зүүнээс баруун тийш) байрлуулж болно (2-р зургийг үз).

F2 > MnO 4 - > PbO2 > HClO > ClO4 - > BrO4 - > Cr 2 O 7 2- > Cl 2 > MnO2 >

> O2 > Br2 > NO 2 - > NO3 - > Fe3+ > I2 > O 4 2-

Зураг 2 Хамгийн чухал исэлдүүлэгч бодисуудын исэлдүүлэх шинж чанар нь исэлдүүлэх чадварын хүч чадлын буурах дарааллаар (хүчиллэг орчинд).

2-р зурагнаас харахад фтор нь хамгийн хүчтэй исэлдүүлэгч бодис юм. Дээрээс доош бүлэгт галогенүүдийн исэлдүүлэх чадвар сулардаг. Үүний зэрэгцээ галидын анионыг F-ээс I- хүртэл бууруулах чадвар нэмэгддэг.

Нарийн төвөгтэй бодисуудын исэлдэлтийн шинж чанар нь урвалд түүнийг өөрчилдөг элементийн атомын исэлдэлтийн зэргээс хамаарна.

Исэлдүүлэх шинж чанар нь исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөх чадвартай элементүүдийн атомууд исэлдэлтийн хамгийн өндөр түвшинд байдаг нарийн төвөгтэй бодисуудын онцлог шинж юм. Жишээлбэл, идэвхтэй исэлдүүлэгч бодисууд (мөн зөвхөн исэлдүүлэгч бодисууд!) нь калийн перманганат KMnO4, калийн бихромат K2 Cr2 O7, хүхрийн хүчил H2 SO4 (баяжуулсан!) юм, учир нь манган, хром, хүхрийн атомууд нь исэлдэлтийн хамгийн өндөр түвшинд байдаг. тэд, тиймээс тэд зөвхөн электрон хүлээн авах боломжтой.

Зөвхөн исэлдэлтийн хамгийн бага төлөвт атом агуулсан бодисууд л ангижруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Редокс хоёрдмол байдал нь түүнийг өөрчилдөг атомуудын исэлдэлтийн төлөв нь хамгийн их ба хамгийн бага боломжит утгуудын хоорондох завсрын утгатай байдаг бодисоор илэрдэг, жишээлбэл. Зарим урвалжтай холбоотойгоор ийм бодисууд нь исэлдүүлэгч бодис, бусадтай харьцуулахад бууруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.

Хамгийн чухал исэлдүүлэгч ба бууруулагч бодисын исэлдүүлэх хувиргалт

Редокс урвалын тэгшитгэлийг эмхэтгэж эхлэхдээ урвалж буй бодисуудын аль нь исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагчийн үүргийг гүйцэтгэх, түүнчлэн орчны хүчиллэг байдлаас хамааран урвалын боломжит бүтээгдэхүүнийг олж мэдэх шаардлагатай.

Хамгийн түгээмэл хэрэглэгддэг исэлдүүлэгч ба бууруулагч бодисын исэлдүүлэх хувиргалтуудыг хавсралтад өгсөн болно. Хавсралтад өгсөн өгөгдлөөс харахад орчин нөхцөл,

Слайд 2

Лекцийн тойм: Аналитик хими дэх ORR-ийн хэрэглээ. OVR-ийн төрлүүд. OVR-ийн тоон тодорхойлолт. Тэнцвэрийн тогтмол OVR. Исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодисын усан уусмалын тогтвортой байдал.

Слайд 3

Аналитик хими дэх ORR-ийн хэрэглээ Дээжийг уусмал руу шилжүүлэх дээж бэлтгэх явцад. Ионы хольцыг салгах. Маск хийх зориулалттай. Чанарын химийн шинжилгээнд катион ба анионыг илрүүлэх урвал явуулахад зориулагдсан. Титриметрийн шинжилгээнд. Шинжилгээний цахилгаан химийн аргад.

Слайд 4

Жишээлбэл, гипокси (хүчилтөрөгчийн өлсгөлөнгийн байдал) үед амьсгалын гинжин хэлхээнд H+ ба e--ийн тээвэрлэлт удааширч, нэгдлүүдийн бууруулсан хэлбэрүүд хуримтлагддаг. Энэ шилжилт нь эд эсийн хүчилтөрөгчийн потенциал (ORP) буурч, ишеми гүнзгийрэх тусам (орон нутгийн цус багадалт, эрхтэн, эдэд цусны агууламж хангалтгүй) ORP буурдаг. Энэ нь хүчилтөрөгчийн дутагдлаас болж исэлдэлтийн процессыг дарангуйлж, исэлдэлтийн ферментийн катализаторын үйл ажиллагааг тасалдуулж, гликолизийн үед бууралтын процессыг идэвхжүүлсэнтэй холбоотой юм.

Слайд 5

ORR-ийн төрлүүд 1. Молекул хоорондын - янз бүрийн бодисыг бүрдүүлдэг элементийн атомуудын исэлдэлтийн төлөв (S.O.) өөрчлөгддөг.

Слайд 6

2. Молекул доторх - исэлдүүлэгч бодис ба ангижруулагч - нэг молекулын атомууд:

Слайд 7

3. Автооксидаци - өөрийгөө эдгээх (пропорциональ бус байдал) - ижил элемент нь CO-ийг нэмэгдүүлж, бууруулдаг. Cl2 нь исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодис юм.

Слайд 8

ORR-ийн тоон тодорхойлолт Жишээ нь, суурь нь хүчтэй байх тусам протоны хамаарал их байдаг. Түүнчлэн, хүчтэй исэлдүүлэгч бодис нь электронуудтай өндөр хамааралтай байдаг. Жишээлбэл, уусгагч (ус) нь хүчил-суурь урвалд оролцож, протоныг өгч, хүлээн авдаг бөгөөд ORR-д ус нь электроноо алдаж эсвэл олж авах боломжтой. Жишээлбэл, хүчил-суурь урвалын хувьд хүчил ба суурь хоёуланг нь шаарддаг бөгөөд ORR-д исэлдүүлэгч бодис ба бууруулагч бодис хоёулаа шаардлагатай байдаг.

Слайд 9

OM хосыг бүхэлд нь авч үзвэл бид урвалын схемийн тэгшитгэлийг бичиж болно: Ox + nē = Улаан уусмал дахь тэнцвэрт байдлыг тэнцвэрийн потенциалыг ашиглан тодорхойлж болох бөгөөд энэ нь Нернст тэгшитгэлийн дагуу уусмалын найрлагаас хамаарна.

Слайд 10

298 К температурт Нерстийн тэгшитгэл дараах хэлбэртэй байна.

Слайд 11

Электродын потенциалыг шууд хэмжихэд хэцүү тул бүх электродын потенциалыг нэг ("лавлагаа электрод")-тай харьцуулдаг. Устөрөгчийн электрод гэж нэрлэгддэг электродыг ихэвчлэн ийм электрод болгон ашигладаг.

Слайд 12

Нернстийн тэгшитгэлд ионы үйл ажиллагааны оронд тэдгээрийн концентрацийг ашиглаж болох боловч дараа нь ионы үйл ажиллагааны коэффициентийг мэдэх шаардлагатай.

Слайд 13

Исэлдүүлэгч ба бууруулагч бодисын хүч чадалд рН-ийн утга, хур тунадасны урвал, цогцолбор үүсэх урвал нөлөөлж болно.

Дараа нь редокс хосын шинж чанарыг бодит потенциалаар тайлбарлах болно.

Слайд 14

ORR болон хур тунадасны урвалын хослолоор гаргаж авсан хагас урвалын бодит потенциалыг тооцоолохдоо дараах томъёог ашиглана:  хэрэв исэлдсэн хэлбэр нь муу уусдаг нэгдэл бол:

Слайд 15

 хэрэв багасгасан хэлбэр нь муу уусдаг нэгдэл бол: