למאפיינים לצמצום יש מאפייני חיזור

2024 מְחַבֵּר: Angel Austin | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-02 17:47

תכונות החיזור של אטומים בודדים וכן של יונים הם נושא חשוב בכימיה מודרנית. חומר זה עוזר להסביר את הפעילות של יסודות וחומרים, לערוך השוואה מפורטת של התכונות הכימיות של אטומים שונים.

מהו חומר מחמצן

משימות רבות בכימיה, כולל שאלות מבחן לבחינת המדינה המאוחדת בכיתה 11, וה-OGE בכיתה 9, קשורות למושג זה. חומר מחמצן נחשב לאטומים או ליונים אשר בתהליך של אינטראקציה כימית מקבלים אלקטרונים מיון או אטום אחר. אם ננתח את תכונות החמצון של אטומים, אנו זקוקים למערכת המחזורית של מנדלייב. בתקופות הממוקמות בטבלה משמאל לימין, יכולת החמצון של אטומים עולה, כלומר היא משתנה בדומה לתכונות לא מתכתיות. בתתי הקבוצות הראשיות, פרמטר זה יורד מלמעלה למטה. בין החומרים הפשוטים החזקים ביותר בעלי יכולת חמצון, הפלואור הוא המוביל. מונח כמו "אלקטרוניטיביות", כלומר, היכולת של אטום לקלוט במקרה של אינטראקציה כימיתאלקטרונים, יכולים להיחשב שם נרדף לתכונות חמצון. בין חומרים מורכבים המורכבים משני יסודות כימיים או יותר, ניתן לשקול חומרי חמצון בהירים: אשלגן פרמנגנט, אשלגן כלורט, אוזון.

מהו סוכן צמצום

התכונות המפחיתות של אטומים אופייניות לחומרים פשוטים שמפגינים תכונות מתכתיות. בטבלה המחזורית, התכונות המתכתיות נחלשות משמאל לימין בתקופות, ובתת הקבוצות העיקריות (אנכית) הן מתגברות. מהות ההתאוששות היא החזרת אלקטרונים, הממוקמים ברמת האנרגיה החיצונית. ככל שמספר קליפות (רמות) אלקטרונים גדול יותר, כך קל יותר לתת אלקטרונים "נוספים" במהלך האינטראקציה הכימית.

למתכות פעילות (אלקליות, אדמה אלקליין) יש תכונות מצמצמות מצוינות. בנוסף, חומרים המציגים פרמטרים דומים, אנו מדגישים תחמוצת גופרית (6), פחמן חד חמצני. על מנת להשיג את מצב החמצון המקסימלי, תרכובות אלו נאלצות להפגין תכונות מפחיתות.

תהליך חמצון

אם במהלך אינטראקציה כימית אטום או יון נותנים אלקטרונים לאטום אחר (יון), אנחנו מדברים על תהליך החמצון. כדי לנתח את השינויים בהפחתת תכונות וכוח מחמצן, תזדקק לטבלה מחזורית של יסודות, כמו גם ידע של חוקי הפיזיקה המודרניים.

תהליך שחזור

תהליכי צמצום כוללים קבלה על ידי יונים של אחד מהםאטומים של אלקטרונים מאטומים אחרים (יונים) במהלך אינטראקציה כימית ישירה. סוכני הפחתת מצוינים הם ניטריטים, סולפיטים של מתכות אלקליות. התכונות המפחיתות במערכת היסודות משתנות בדומה לתכונות המתכתיות של חומרים פשוטים.

אלגוריתם ניתוח OVR

כדי שהתלמיד יוכל למקם את המקדמים בתגובה הכימית המוגמרת, יש צורך להשתמש באלגוריתם מיוחד. מאפייני חיזור עוזרים גם לפתור בעיות חישוביות שונות בכימיה אנליטית, אורגנית וכללית. אנו מציעים את סדר הניתוח של כל תגובה:

1. ראשית, חשוב לקבוע את מצב החמצון של כל אלמנט זמין באמצעות הכללים.
2. לאחר מכן, אותם אטומים או יונים ששינו את מצב החמצון שלהם נחושים להשתתף בתגובה.
3. סימני המינוס והפלוס מציינים את מספר האלקטרונים החופשיים שניתנו והתקבלו במהלך תגובה כימית.
4. לאחר מכן, בין מספר כל האלקטרונים, נקבעת הכפולה המשותפת המינימלית, כלומר, מספר שלם המחולק ללא שארית באלקטרונים המתקבלים והנתונים.
5. ואז הוא מחולק לאלקטרונים המעורבים בתגובה הכימית.
6. לאחר מכן, אנו קובעים לאילו יונים או אטומים תכונות מצמצמות, וכן קובעים חומרי חמצון.
7. בשלב הסופי שים את המקדמים במשוואה.

באמצעות שיטת האיזון האלקטרוני, בואו נציב את המקדמים בסכימת תגובה זו:

NaMnO₄ + מימן גופרתי + חומצה גופרתית=S + Mn SO_{4 +…+…}

אלגוריתם לפתרון הבעיה

בואו נגלה אילו חומרים צריכים להיווצר לאחר האינטראקציה. מכיוון שכבר יש חומר מחמצן בתגובה (זה יהיה מנגן) ומוגדר חומר מצמצם (זה יהיה גופרית), נוצרים חומרים שבהם מצבי החמצון אינם משתנים יותר. מכיוון שהתגובה העיקרית התנהלה בין המלח לחומצה המכילה חמצן חזקה, אחד החומרים הסופיים יהיה מים, והשני יהיה מלח נתרן, ליתר דיוק, נתרן סולפט.

עכשיו בואו נעשה תכנית למתן וקבלה של אלקטרונים:

- Mn⁺⁷ takes 5 e=Mn^+2.

חלק שני של התוכנית:

- S^-2 gives2e=S⁰

שמנו את המקדמים בתגובה הראשונית, ולא שוכחים לסכם את כל אטומי הגופרית בחלקי המשוואה.

2NaMnO₄ + 5H₂S + 3H₂SO ₄ =5S + 2MnSO₄ + 8H₂O + Na₂SO _4.

ניתוח של OVR הכולל מי חמצן

באמצעות אלגוריתם הניתוח של OVR, נוכל ליצור משוואה עבור התגובה המתמשכת:

מי חמצן + חומצה גופרתית + אשלגן פרמגננט=Mn SO_{4 + חמצן + …+…}

מצבי החמצון שינו את יון החמצן (במי חמצן) ואת קטיון המנגן באשלגן פרמנגנט. כלומר, יש לנו חומר מפחית, כמו גם חומר מחמצן.

בואו נקבע איזה סוג של חומרים עדיין ניתן להשיג לאחר האינטראקציה. אחד מהם יהיה מים, שהם ללא ספק תגובה בין חומצה למלח. אשלגן לא יצר חדשחומרים, המוצר השני יהיה מלח אשלגן, כלומר סולפט, מכיוון שהתגובה הייתה עם חומצה גופרתית.

Scheme:

2O ^{– תורם} 2 אלקטרונים והופך ל-O ₂ ⁰ 5

Mn⁺⁷ מקבל 5 אלקטרונים והופך ל-Mn ion^{+2 2}

הגדר את המקדמים.

5H₂O₂ + 3H₂SO₄ + 2KMnO₄=5O₂ + 2Mn SO₄ + 8H ₂O + K₂SO₄

דוגמה לניתוח OVR הכולל אשלגן כרומט

באמצעות שיטת האיזון האלקטרוני, ניצור משוואה עם מקדמים:

FeCl₂ + חומצה הידרוכלורית + אשלגן כרומט=FeCl₃+ CrCl_{3 + …+…}

מצבי חמצון שינו ברזל (בכלוריד ברזל II) ויון כרום באשלגן דיכרומט.

עכשיו בואו ננסה לגלות אילו חומרים נוספים נוצרים. אחד יכול להיות מלח. מכיוון שאשלגן לא יצר שום תרכובת, לכן, התוצר השני יהיה מלח אשלגן, ליתר דיוק, כלוריד, כי התגובה התרחשה עם חומצה הידרוכלורית.

בואו נעשה דיאגרמה:

Fe⁺² gives e= Fe^{+3 6 מפחית,}

2Cr⁺⁶ accepts 6 e=2Cr ^{+31 oxidizer.}

שים את המקדמים בתגובה הראשונית:

6K₂Cr₂O₇ + FeCl₂+ 14HCl=7H₂O + 6FeCl₃ + 2CrCl_{3 + 2KCl}

דוגמהניתוח OVR הכולל יודיד אשלגן

חמושים עם הכללים, בואו נעשה משוואה:

אשלגן פרמנגנט + חומצה גופרתית + יודיד אשלגן…מנגן סולפט + יוד +…+…

מצבי חמצון שינו מנגן ויוד. כלומר, קיימים חומר מצמצם וחומר מחמצן.

עכשיו בוא נגלה עם מה אנחנו מסיימים. התרכובת תהיה עם אשלגן, כלומר נקבל אשלגן גופרתי.

תהליכי התאוששות מתרחשים ביוני יוד.

בואו נערוך סכמת העברת אלקטרונים:

- Mn⁺⁷ מקבל 5 e=Mn^{+2 2 הוא מחמצן,}

- 2I^- give away 2 e=I₂ ^{0 5 הוא סוכן צמצום.}

שים את המקדמים בתגובה הראשונית, אל תשכח לסכם את כל אטומי הגופרית במשוואה זו.

210KI + KMnO₄ + 8H₂SO₄ =2MnSO ₄ + 5I₂ + 6K₂SO₄ + 8H 2_O

דוגמה לניתוח של OVR הכולל נתרן סולפיט

באמצעות השיטה הקלאסית, נרכיב משוואה עבור המעגל:

- חומצה גופרתית + KMnO_{4 + נתרן סולפיט… נתרן גופרתי + מנגן גופרתי +…+…}

לאחר אינטראקציה אנחנו מקבלים מלח נתרן, מים.

בואו נעשה דיאגרמה:

- Mn⁺⁷ takes 5 e=Mn^{+2 2,}

- S⁺⁴ נותן 2 e=S^{+6 5.}

סדרו את המקדמים בתגובה הנבדקת, אל תשכחו להוסיף את אטומי הגופרית בעת סידור המקדמים.

3H₂SO₄ + 2KMnO₄ + 5Na₂ SO₃ =K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂ SO₄ + 3H_2O.

דוגמה לניתוח של OVR הכולל חנקן

בוא נעשה את המשימה הבאה. באמצעות האלגוריתם, נרכיב את משוואת התגובה השלמה:

- חנקתי מנגן + חומצה חנקתית + PbO₂=HMnO₄+Pb(NO₃₎ 2₊

בוא ננתח איזה חומר עדיין נוצר. מכיוון שהתגובה התרחשה בין חומר מחמצן חזק למלח, זה אומר שהחומר יהיה מים.

הצג את השינוי במספר האלקטרונים:

- Mn⁺² gives away 5 e=Mn^{+7 2 מציג את המאפיינים של סוכן מפחית,}

- Pb⁺⁴ takes 2 e=Pb^{+2 5 oxidizer.}

3. אנו מסדרים את המקדמים בתגובה הראשונית, הקפידו להוסיף את כל החנקן הזמין בצד שמאל של המשוואה המקורית:

- 2Mn(NO₃)₂ + 6HNO₃ + 5PbO 2 _=2HMnO4 _{+ 5Pb(NO}3₎2 _{+ 2H} 2_O.

תגובה זו אינה מציגה את התכונות המפחיתות של חנקן.

תגובת חיזור שנייה עם חנקן:

Zn + חומצה גופרתית + HNO₃=ZnSO_{4 + NO+…}

- Zn⁰ give away 2 e=Zn^{+23 יהיה משחזר,}

N⁺⁵accepts 3 e=N^{+2 2 הוא מחמצן.}

סדר את המקדמים בתגובה נתונה:

3Zn + 3H₂SO₄ + 2HNO₃ =3ZnSO ₄ + 2NO + 4H_2O.

החשיבות של תגובות חיזור

תגובות ההפחתה המפורסמות ביותר הן פוטוסינתזה, האופיינית לצמחים. כיצד משתנים מאפיינים משקמים? התהליך מתרחש בביוספרה, מביא לעלייה באנרגיה בעזרת מקור חיצוני. האנרגיה הזו היא שהאנושות משתמשת לצרכיה. בין הדוגמאות לתגובות חמצון והפחתה הקשורות ליסודות כימיים, יש חשיבות מיוחדת לטרנספורמציות של חנקן, פחמן וחמצן. הודות לפוטוסינתזה, לאטמוספירה של כדור הארץ יש הרכב כזה הנחוץ להתפתחות של אורגניזמים חיים. הודות לפוטוסינתזה, כמות הפחמן הדו חמצני במעטפת האוויר אינה עולה, פני כדור הארץ אינם מתחממים יתר על המידה. הצמח לא רק מתפתח בעזרת תגובת חיזור, אלא גם יוצר חומרים כמו חמצן וגלוקוז הנחוצים לבני אדם. ללא תגובה כימית זו, מחזור שלם של חומרים בטבע בלתי אפשרי, כמו גם קיומם של חיים אורגניים.

יישום מעשי של RIA

כדי לשמר את פני המתכת, צריך לדעת שלמתכות פעילות יש תכונות משקמות, כך שניתן לכסות את המשטח בשכבה של יסוד פעיל יותר, תוך האטת תהליך הקורוזיה הכימית. בשל נוכחותם של תכונות חיזור, מי השתייה מטוהרים ומחטאים. לא ניתן לפתור שום בעיה ללא מיקום נכון של המקדמים במשוואה. על מנת להימנע מטעויות, חשוב שתהיה הבנה של כל החיזורפרמטרים.

הגנה מפני קורוזיה כימית

קורוזיה היא בעיה מיוחדת עבור חיי אדם ופעילות. כתוצאה מהשינוי הכימי הזה, מתרחשת הרס המתכת, חלקי המכונית, כלי מכונות מאבדים את המאפיינים התפעוליים שלהם. על מנת לתקן בעיה כזו, נעשה שימוש בהגנה על דריכה, מתכת מצופה בשכבת לכה או צבע, וסגסוגות נגד קורוזיה. לדוגמה, משטח ברזל מכוסה בשכבה של מתכת פעילה - אלומיניום.

מסקנה

תגובות החלמה שונות מתרחשות בגוף האדם, מבטיחות תפקוד תקין של מערכת העיכול. תהליכי חיים בסיסיים כמו תסיסה, ריקבון, נשימה קשורים גם לתכונות משקמות. לכל היצורים החיים על הפלנטה שלנו יש יכולות דומות. ללא תגובות עם החזרה וקבלה של אלקטרונים, כרייה, ייצור תעשייתי של אמוניה, אלקליות וחומצות בלתי אפשרי. בכימיה אנליטית, כל שיטות הניתוח הנפחי מבוססות בדיוק על תהליכי חיזור. המאבק בתופעה כל כך לא נעימה כמו קורוזיה כימית מבוססת גם על הידע של התהליכים האלה.