Die Redoxeigenschaften einzelner Atome sowie Ionen sind ein wichtiges Thema in der modernen Chemie. Dieses Material hilft, die Aktivität von Elementen und Substanzen zu erklären und einen detaillierten Vergleich der chemischen Eigenschaften verschiedener Atome durchzuführen.
Was ist ein Oxidationsmittel
Viele Aufgaben in Chemie, darunter Testfragen für das Einheitliche Staatsexamen in Klasse 11 und die OGE in Klasse 9, sind mit diesem Konzept verbunden. Als Oxidationsmittel gelten Atome oder Ionen, die im Prozess der chemischen Wechselwirkung Elektronen von einem anderen Ion oder Atom aufnehmen. Wenn wir die oxidierenden Eigenschaften von Atomen analysieren, brauchen wir das Periodensystem von Mendeleev. In den in der Tabelle von links nach rechts angeordneten Perioden nimmt die Oxidationsfähigkeit von Atomen zu, dh sie ändert sich ähnlich wie nichtmetallische Eigenschaften. In den Hauptuntergruppen nimmt dieser Parameter von oben nach unten ab. Unter den stärksten einfachen Substanzen mit Oxidationsfähigkeit ist Fluor führend. Ein Begriff wie „Elektronegativität“, also die Fähigkeit eines Atoms, sich im Falle einer chemischen Wechselwirkung zu treffenElektronen, können als Synonym für oxidierende Eigenschaften angesehen werden. Unter den komplexen Substanzen, die aus zwei oder mehr chemischen Elementen bestehen, können helle Oxidationsmittel in Betracht gezogen werden: Kaliumpermanganat, Kaliumchlorat, Ozon.
Was ist ein Reduktionsmittel
Die reduzierenden Eigenschaften von Atomen sind charakteristisch für einfache Substanzen, die metallische Eigenschaften aufweisen. Im Periodensystem nehmen die metallischen Eigenschaften in Perioden von links nach rechts ab, und in den Hauptuntergruppen (vertikal) nehmen sie zu. Die Essenz der Erholung ist die Rückkehr von Elektronen, die sich auf der äußeren Energieebene befinden. Je größer die Anzahl der Elektronenhüllen (Ebenen), desto einfacher ist es, während der chemischen Wechselwirkung „zusätzliche“Elektronen abzugeben.
Aktive (Alkali-, Erdalkali-) Metalle haben hervorragende reduzierende Eigenschaften. Darüber hinaus heben wir als Substanzen mit ähnlichen Parametern Schwefeloxid (6) und Kohlenmonoxid hervor. Um die maximale Oxidationsstufe zu erreichen, müssen diese Verbindungen reduzierende Eigenschaften aufweisen.
Oxidationsprozess
Wenn ein Atom oder Ion während einer chemischen Wechselwirkung Elektronen an ein anderes Atom (Ion) abgibt, spricht man von einem Oxidationsprozess. Um zu analysieren, wie sich Reduktionseigenschaften und Oxidationskraft ändern, benötigen Sie ein Periodensystem der Elemente sowie Kenntnisse der modernen Gesetze der Physik.
Wiederherstellungsprozess
Reduktionsprozesse beinh alten die Annahme von beiden durch IonenAtome von Elektronen aus anderen Atomen (Ionen) bei direkter chemischer Wechselwirkung. Hervorragende Reduktionsmittel sind Nitrite, Sulfite von Alkalimetallen. Die reduzierenden Eigenschaften im System der Elemente ändern sich ähnlich wie die metallischen Eigenschaften einfacher Stoffe.
OVR-Parsing-Algorithmus
Damit der Schüler die Koeffizienten in die fertige chemische Reaktion einsetzen kann, muss ein spezieller Algorithmus verwendet werden. Redoxeigenschaften helfen auch bei der Lösung verschiedener Rechenprobleme in der analytischen, organischen und allgemeinen Chemie. Wir schlagen die Reihenfolge zum Analysieren jeder Reaktion vor:
- Zunächst ist es wichtig, den Oxidationszustand jedes verfügbaren Elements anhand der Regeln zu bestimmen.
- Als nächstes wird bestimmt, dass die Atome oder Ionen, die ihre Oxidationsstufe geändert haben, an der Reaktion teilnehmen.
- Die Minus- und Pluszeichen geben die Anzahl der freien Elektronen an, die während einer chemischen Reaktion abgegeben und aufgenommen werden.
- Als nächstes wird zwischen der Anzahl aller Elektronen das kleinste gemeinsame Vielfache bestimmt, also eine ganze Zahl, die ohne Rest durch die empfangenen und abgegebenen Elektronen geteilt wird.
- Dann wird es in die an der chemischen Reaktion beteiligten Elektronen zerlegt.
- Als nächstes bestimmen wir, welche Ionen oder Atome reduzierende Eigenschaften haben, und bestimmen auch Oxidationsmittel.
- Geben Sie in der letzten Phase die Koeffizienten in die Gleichung ein.
Lassen Sie uns die Koeffizienten mit Hilfe der Methode der elektronischen Waage in diesem Reaktionsschema platzieren:
NaMnO4 + Schwefelwasserstoff + Schwefelsäure=S + Mn SO4 +…+…
Algorithmus zur Problemlösung
Lassen Sie uns herausfinden, welche Substanzen nach der Interaktion gebildet werden sollten. Da in der Reaktion bereits ein Oxidationsmittel (es wird Mangan sein) und ein Reduktionsmittel (es wird Schwefel) definiert ist, entstehen Stoffe, bei denen sich die Oxidationsstufen nicht mehr ändern. Da die Hauptreaktion zwischen dem Salz und einer starken sauerstoffh altigen Säure ablief, ist eine der Endsubstanzen Wasser und die zweite Natriumsalz, genauer gesagt Natriumsulfat.
Lassen Sie uns jetzt ein Schema für die Abgabe und Aufnahme von Elektronen erstellen:
- Mn+7 nimmt 5 e=Mn+2.
Zweiter Teil des Schemas:
- S-2 gives2e=S0
Wir setzen die Koeffizienten in die Anfangsreaktion ein und vergessen nicht, alle Schwefelatome in den Teilen der Gleichung zusammenzufassen.
2NaMnO4 + 5H2S + 3H2SO 4 =5S + 2MnSO4 + 8H2O + Na2SO 4.
OVR-Analyse mit Wasserstoffperoxid
Mit dem OVR-Parsing-Algorithmus können wir eine Gleichung für die laufende Reaktion aufstellen:
Wasserstoffperoxid + Schwefelsäure + Kaliumpermagnanat=Mn SO4 + Sauerstoff + …+…
Die Oxidationsstufen änderten das Sauerstoffion (in Wasserstoffperoxid) und das Mangankation in Kaliumpermanganat. Das heißt, wir haben sowohl ein Reduktionsmittel als auch ein Oxidationsmittel.
Lassen Sie uns bestimmen, welche Art von Substanzen nach der Interaktion noch erh alten werden können. Eines davon wird Wasser sein, das ganz offensichtlich eine Reaktion zwischen einer Säure und einem Salz ist. Kalium bildete kein neuesSubstanzen, ist das zweite Produkt ein Kaliumsalz, nämlich Sulfat, da die Reaktion mit Schwefelsäure erfolgte.
Schema:
2O – spendet 2 Elektronen und verwandelt sich in O 2 0 5
Mn+7 nimmt 5 Elektronen auf und wird zum Mn-Ion+2 2
Stellen Sie die Koeffizienten ein.
5H2O2 + 3H2SO4 + 2KMnO4=5O2 + 2Mn SO4 + 8H 2O + K2SO4
Beispiel einer OVR-Analyse mit Kaliumchromat
Mit der Methode der elektronischen Waage erstellen wir eine Gleichung mit Koeffizienten:
FeCl2 + Salzsäure + Kaliumchromat=FeCl3+ CrCl3 + …+…
Oxidationszustände geändert Eisen (in Eisenchlorid II) und Chromion in Kaliumdichromat.
Nun versuchen wir herauszufinden, welche anderen Substanzen gebildet werden. Man kann Salz sein. Da Kalium keine Verbindung eingegangen ist, wird das zweite Produkt also ein Kaliumsalz sein, genauer gesagt Chlorid, weil die Reaktion mit Salzsäure stattgefunden hat.
Machen wir ein Diagramm:
Fe+2 gibt e= Fe+3 6 Reduzierer,
2Cr+6 akzeptiert 6 e=2Cr +31 Oxidator.
Setze die Koeffizienten in die Anfangsreaktion ein:
6K2Cr2O7 + FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3 + 2CrCl3 + 2KCl
BeispielOVR-Analyse mit Kaliumiodid
Bewaffnet mit den Regeln, lass uns eine Gleichung aufstellen:
Kaliumpermanganat + Schwefelsäure + Kaliumjodid…Mangansulfat + Jod +…+…
Oxidationszustände veränderten Mangan und Jod. Das heißt, es sind ein Reduktionsmittel und ein Oxidationsmittel vorhanden.
Jetzt lass uns herausfinden, was wir am Ende haben. Die Verbindung wird mit Kalium sein, das heißt, wir werden Kaliumsulfat bekommen.
Erholungsprozesse finden in Jodionen statt.
Erstellen wir ein Elektronentransferschema:
- Mn+7 akzeptiert 5 e=Mn+2 2 ist ein Oxidationsmittel,
- 2I- verschenken 2 e=I2 0 5 ist ein Reduktionsmittel.
Setze die Koeffizienten in die Anfangsreaktion, vergiss nicht, alle Schwefelatome in dieser Gleichung zusammenzufassen.
210KI + KMnO4 + 8H2SO4 =2MnSO 4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H 2O
Beispiel einer OVR-Analyse mit Natriumsulfit
Mit der klassischen Methode werden wir eine Gleichung für die Sch altung aufstellen:
- Schwefelsäure + KMnO4 + Natriumsulfit… Natriumsulfat + Mangansulfat +…+…
Nach der Interaktion erh alten wir Natriumsalz, Wasser.
Machen wir ein Diagramm:
- Mn+7 nimmt 5 e=Mn+2 2,
- S+4 ergibt 2 e=S+6 5.
Ordnen Sie die Koeffizienten in der betrachteten Reaktion an, vergessen Sie beim Anordnen der Koeffizienten nicht, die Schwefelatome hinzuzufügen.
3H2SO4 + 2KMnO4 + 5Na2 SO3 =K2SO4 + 2MnSO4 + 5Na2 SO4 + 3H2O.
Beispiel einer OVR-Analyse mit Stickstoff
Lassen Sie uns die folgende Aufgabe erledigen. Mit dem Algorithmus erstellen wir die vollständige Reaktionsgleichung:
- Mangannitrat + Salpetersäure + PbO2=HMnO4+Pb(NO3) 2+
Lassen Sie uns analysieren, welche Substanz noch gebildet wird. Da die Reaktion zwischen einem starken Oxidationsmittel und Salz stattfand, bedeutet dies, dass die Substanz Wasser sein wird.
Änderung der Elektronenzahl anzeigen:
- Mn+2 gibt 5 e=Mn+7 2 weist die Eigenschaften eines Reduktionsmittels auf,
- Pb+4 nimmt 2 e=Pb+2 5 Oxidationsmittel.
3. Wir ordnen die Koeffizienten in der Anfangsreaktion an, achten Sie darauf, den gesamten verfügbaren Stickstoff auf der linken Seite der ursprünglichen Gleichung zu addieren:
- 2Mn(NO3)2 + 6HNO3 + 5PbO 2 =2HMnO4 + 5Pb(NO3)2 + 2H 2O.
Diese Reaktion zeigt nicht die reduzierenden Eigenschaften von Stickstoff.
Zweite Redoxreaktion mit Stickstoff:
Zn + Schwefelsäure + HNO3=ZnSO4 + NO+…
- Zn0 verschenken 2 e=Zn+2 3 wird Restaurator,
N+5akzeptiert 3 e=N+2 2 ist ein Oxidationsmittel.
Ordne die Koeffizienten in einer gegebenen Reaktion an:
3Zn + 3H2SO4 + 2HNO3 =3ZnSO 4 + 2NO + 4H2O.
Die Bedeutung von Redoxreaktionen
Die bekannteste Reduktionsreaktion ist die für Pflanzen charakteristische Photosynthese. Wie verändern sich restaurative Eigenschaften? Der Prozess findet in der Biosphäre statt und führt mit Hilfe einer externen Quelle zu einer Energiesteigerung. Es ist diese Energie, die die Menschheit für ihre Bedürfnisse nutzt. Unter den Beispielen für Oxidations- und Reduktionsreaktionen im Zusammenhang mit chemischen Elementen sind Umwandlungen von Stickstoff-, Kohlenstoff- und Sauerstoffverbindungen von besonderer Bedeutung. Dank der Photosynthese hat die Erdatmosphäre eine solche Zusammensetzung, die für die Entwicklung lebender Organismen notwendig ist. Dank der Photosynthese steigt die Kohlendioxidmenge in der Lufthülle nicht an, die Erdoberfläche überhitzt nicht. Die Pflanze entwickelt sich nicht nur mit Hilfe einer Redoxreaktion, sondern bildet auch für den Menschen notwendige Stoffe wie Sauerstoff und Glukose. Ohne diese chemische Reaktion ist ein vollständiger Stoffkreislauf in der Natur ebenso unmöglich wie die Existenz organischen Lebens.
Praktische Anwendung von RIA
Um die Oberfläche des Metalls zu erh alten, müssen Sie wissen, dass aktive Metalle restaurative Eigenschaften haben, sodass Sie die Oberfläche mit einer Schicht eines aktiveren Elements bedecken und gleichzeitig den Prozess der chemischen Korrosion verlangsamen können. Aufgrund der Redoxeigenschaften wird Trinkwasser gereinigt und desinfiziert. Kein Problem kann gelöst werden, ohne die Koeffizienten richtig in die Gleichung einzusetzen. Um Fehler zu vermeiden, ist es wichtig, alle Redoxvorgänge zu verstehenParameter.
Schutz gegen chemische Korrosion
Korrosion ist ein besonderes Problem für menschliches Leben und Handeln. Als Folge dieser chemischen Umwandlung kommt es zur Zerstörung des Metalls, die Teile des Autos, Werkzeugmaschinen verlieren ihre Betriebseigenschaften. Um ein solches Problem zu beheben, wird ein Trittschutz verwendet, Metall wird mit einer Lack- oder Farbschicht überzogen und es werden Korrosionsschutzlegierungen verwendet. Beispielsweise wird eine Eisenoberfläche mit einer Schicht aus aktivem Metall - Aluminium - bedeckt.
Schlussfolgerung
Im menschlichen Körper treten verschiedene Erholungsreaktionen auf, die das normale Funktionieren des Verdauungssystems gewährleisten. Auch grundlegende Lebensprozesse wie Fermentation, Verwesung, Atmung werden mit stärkenden Eigenschaften in Verbindung gebracht. Alle Lebewesen auf unserem Planeten haben ähnliche Fähigkeiten. Ohne Reaktionen mit Abgabe und Aufnahme von Elektronen ist der Bergbau, die industrielle Produktion von Ammoniak, Laugen und Säuren nicht möglich. In der analytischen Chemie basieren alle Methoden der volumetrischen Analyse genau auf Redoxprozessen. Auch der Kampf gegen ein so unangenehmes Phänomen wie die chemische Korrosion basiert auf der Kenntnis dieser Prozesse.
