Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Электродтық потенциалдар

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 10 бет
Таңдаулыға:

Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Электродтық потенциалдар.

Жоспары:

Тотығу-тотықсыздану реакциялары.
Тотығу-тотықсыздану реакциялары туралы жалпы түсінік, олардың жіктелуі.
Тотығу-тотықсыздану реакцияларының биология мен медицинадағы маңызы.
Электродттық потенциалдар туралы түсінік.

Редокс- потенциалдар. (Тотығу-тотықсыздану потенциалдары. )
Ұлпалық тыныс алу тізбегі ( биологиялық тотығу процессі)

Әдебиеттер:

ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫ.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары туралы жалпы түсінік, олардың жіктелуі.

Заттардың құрамындағы атомдардың тотығу дәрежелері өзгере жүретін реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциялары (ТТР) деп аталады. Мұндай реакциялар, міндетті түрде, тотығу мен тотықсыздану процестерінен құралады және тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың қатысуымен орындалады.

Реакция барысында электрондарын беретін атомдар, иондар және молекулалар тотықсыздандырғыш, ал электрондарды қосып алатын бөлшектер тотықтырғыш болып есептеледі.

Реакция барысында электрондардың берілуі тотығуға, ал электрондардың қосып алынуы тотықсыздануға жатады. Сол себепті тотығу-тотықсыздану реакцияларының нәтижесінде тотықсыздандырғыш электрондарын беріп, тотығады, ал тотықтырғыш электрондарды қосып алып, тотықсызданады.

Тотықсыздандырғыш Тотықтырғыш

тотығады. - nе ↔︎ тотықсызданады.

Мысалы:

Ғе ²⁺ - 1е ↔︎ Ғе ³⁺

Zn - 2 e ↔︎ Zn ²⁺

H ₂ - 2 e ↔︎ 2 H ⁺

Электрондардың тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа тасымалдануы барысында белгілі бір атомның, молекуланың немесе ионның тотығу дәрежесі өзгереді және тотығатын заттың тотығу дәрежесі жоғарылайды, ал тотықсызданатын заттікі - төмендейді.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары үшке бөлінеді: молекулааралық, молекулаішілік, диспропорция.

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш әртүрлі заттардың құрамында болатын ТТР - ы молекулааралық деп аталады. Мысалы:

Zn + H ₂ SO ₄ → ZnSO ₄ + H ₂ ↑

Молекулаішілік ТТР - ына тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш бір заттың құрамында болатын реакциялар жатады. Мысалы:

2 KCIO ₃ → 2 KCI + O ₂ ↑

Егер бір атом әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болса, ондай ТТР диспропорциялану реакциялары болып есептеледі. Мысалы:

4 KCIO ₃ → KCI + 3 KCIO ₄

Тотығу-тотықсыздану реакциялары туралы алғашқы түсініктерді 1914 жылы орыс ғалымы Л. В. Писаржевский енгізген.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыру және теңестіру әдістері.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын 2 түрлі әдіспен құрастырып, теңестіруге болады.

1. Электрондық баланс әдісі бойынша атомдардың тотығу дәрежелері анықталып, олардың арасындағы электрондардың тасымалдану процестерінің теңдеулері жазылады. Тасымалданған электрондардың саны бойынша тотығу және тотықсыздану процестерінің коэффициенттері анықталады. Бұл әдіс бойынша тотығу барысында берілген электрондардың саны тотықсыздану барысында қосылған электрондардың санына тең болуы керек. Мысалы:

+4 +7 +6 +2

5 K ₂ SO ₃ + 2 KMnO ₄ + 3 H ₂ SO ₄ → 6 K ₂ SO ₄ + 2 MnSO ₄ + 3 H ₂ O

+4 +6

тотықсыздандырғыш S - 2 e → S 5 тотығу

+7 +2

тотықтырғыш Mn + 5 e → Mn 2 тотықсыздану

+4 +7 +6 +2

S + Mn → S + Mn

2. Иондық жарты реакциялар теңдеуі бойынша тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш ион түрінде алынып, олардың арасында орындалатын электрондардың тасымалдану теңдеулері құрастырылады және қажетті коэффициенттер анықталады. Мысалы:

5 K ₂ SO ₃ + 2 KMnO ₄ + 3 H ₂ SO ₄ → 6 K ₂ SO ₄ + 2 MnSO ₄ + 3 H ₂ O

SO ₃ ^2- + H ₂ O - 2 e → SO ₄ ^2- + 2 H ⁺ 5

MnO ₄ ^- + 8 H ⁺ + 5 e → Mn ²⁺ + 4 H ₂ O 2

5 SO ₃ ^2- + 2 MnO ₄ ^- + 5 H ₂ O + 16 H ⁺ → 5 SO ₄ ^2- + 2 Mn ²⁺ + 10 H ⁺ + 8 H ₂ O

Осыдан шығатын иондық жарты теңдеу мынадай:

5 SO ₃ ^2- + 2 MnO ₄ ^- + 6 H ⁺ → 5 SO ₄ ^2- + 2 Mn ²⁺ + 3 H ₂ O

Маңызды тотықтырғыштар және тотықсыздандырғыштар.

Тотықтырғыш атомның тотығу дәрежесі ТТР барысында төмендеп, ал тотықсыздандырғыш атомдікі жоғарылайтын болғандықтан, жоғары тотығу дәрежелі атомды қосылыстар тотықтырғыштың, ал тотығу дәрежесі төмен атомды қосылыстар тотықсыздандырғыштың ролін атқара алады.

Металдар өздерінің қосылыстарында тек қана оң тотығу дәрежесін көрсетеді, олардың ең төменгі тотығу дәрежесі нольге тең. Басқаша айтқанда, олардың бос күйлеріне ең төмен тотығу дәрежесі сәйкес келеді, сондықтан барлық бос металл атомдары тек қана тотықсыздандырғыш қасиет көрсетуге қабылетті болады. Іс жүзінде күшті тотықсыздандырғыштар ретінде сілтілік және жер-сілтілік металдар, сол сияқты магний, алюминий, мырыш, т. б. қолданылады.

Егер металл атомы бірнеше тотығу дәрежесін көрсететін болса, оның төмен тотығу дәрежелі қосылысы тотықсыздандырғыш болады, мысалы темір (ІІ), қалайы (ІІ), мыс (І), хром (ІІ) .

Металл атомдарының олардың орналасқан тобының номеріне сәйкес келетін немесе соған жуық тотығу дәрежелі қосылыстары тотықтырғыш қасиет көрсетеді. Тәжірибе жүзінде күміс оксидінің және мыс (ІІ) сульфатының

аммиакты ерітінділері, сынап (ІІ) хлориді, темір (ІІІ) хлориді, KMnO ₄ , K ₂ Cr ₂ O ₇ , K ₂ CrO ₄ , PbO ₂ , MnO ₂ жиі пайдаланылады.

Бейметалдар әрі оң, әрі теріс тотығу дәрежелерін көрсетеді, сол себепті тотықтырғыштың да, тотықсыздандырғыштың да ролін атқара алады.

Өндірістерде жиі қолданылатын сутегі, көмір немесе кокс түріндегі көміртегі және СО жатқызуға болады. Өте күшті тотықсыздандырғыш қасиетті АsH ₃ көрсетеді.

Күшті тотықтырғыштарға периодтық жүйенің VІ және VІІ топтарының жоғары жағында орналасқан бейметалдар жатады, олардың ішіндеі ең күштісі фтор, бірақ іс жүзінде тотықтырғыш ретінде оттегі, хлор және бром жиі қолданылады.

Тотықтырғыш қасиетті қышқылдар да көрсете алады, мысалы, тұз, күкірт және азот қышқылдарының практикалық маңызы өте зор. Бейметалдардың басқа қосылыстарының арасында тотықтырғыш қасиет сутегі пероксидіне Н ₂ О ₂ , хлораттар (KCIO ₃ ), перхлораттар (KCIO ₄ ) сияқты тұздарға тән.

Аналитикалық зертханаларда тотықтырғыш ретінде хлор және бром сулары, Н ₂ О ₂ , Na ₂ O ₂ , KCIO ₃ , Na ₂ S ₂ O ₈ , HNO ₃ , NaNO ₃ , KNO ₃ , CrO ₃ , патша арағы, т. б. қолданылады. Тотықсыздандырғыш ретінде металл мырыш, темір, алюминий, Н ₂ О ₂ , Н ₂ S, H ₂ SO ₃ , HI, Na ₂ S ₂ O ₃ , формальдегид, аскорбин және қымыздық қышқылдары, глюкоза, т. б. пайдалануға болады.

Кейбір заттар ортаның сипатына, температураға, концентрацияға, әрекеттесуші заттардың құрамына, т. б. факторларға байланысты тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді. Мысалы, иод І ₂ хлорға (СІ ₂ ) қатысты тотықсыздандырғыш, ал күкірттісутегіге (H ₂ S ) қатысты тотықтырғыш болып табылады:

I ₂ + 5 CI ₂ + 6 H ₂ O → 2 HIO ₃ + 10 HCI

H ₂ S + I ₂ → S + 2 HI

Тотығутотықсыздану реакцияларының биология мен медицинадағы маңызы

Тотығу-тотықсыздану процестері табиғат пен ағзаларда мынадай қызметтер атқарады:

Жанды ағзалардағы зат және энергия алмасу.
Табиғаттағы шіру және ашу.
Жасыл өсімдіктердегі фотосинтез реакциясы.
Адамдар мен жануарлардың жүйке қызметі.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары, әсіресе, жанды ағзалар үшін оларда жүретін зат және энергия алмасу процестерінде маңызды орын алады. Бұл алмасу екі бөліктен тұрады:

Күрделі органикалық заттардың қорекпен қабылданатын заттардан синтезделуі немесе пластикалық процестер (анаболикалық немесе ассимиляция) .
Күрделі органикалық заттардың қарапайымдау заттарға дейін ыдырауы немесе энергетикалық процестер (катаболикалық немесе диссимиляция) .

ТТР анаболикалық та, катаболикалық та процестердің қажетті буыны болып табылады, бірақ олар жанды ағзалар үшін энергия көзі ретінде қажет. Аэробты жағдайларда (ауа оттегісінің тотықтырғыш атмосферасында) тіршілік жасайтын ағзалар аталған энергияны жасушалар мен ұлпаларда жүретін тыныс алу процесінің барысында алады. Оның негізін мына тотығу-тотықсыздану реакциясы құрайды:

О ₂ + 4Н ⁺ + 4 е → 2 Н ₂ О

Бұл реакция биологиялық жүйелерде сатылап, ферменттердің қатысуымен жүреді.

Метаболизм барысында жанды ағзаларда пайда болатын кейбір уытты заттар ТТР-ның көмегімен ыдырайды. Атап айтқанда, ағза осындай әдіспен сутегі пероксидінің зиянды әсерінен арылады:

2 Н ₂ О ₂ → 2 Н ₂ О + О ₂

Фармпрепараттардың әсерлері, көптеген жағдайларда, тотығу-тотықсыздану реакцияларымен түсіндіріледі. Көптеген антисептиктер, микробқа қарсы және залалсыздандырушы заттар, мысалы, І ₂ , KMnO ₄ , Н ₂ О ₂ , мыстың, күмістің, сынаптың тұздары күшті тотықтырғыштарға жатады. Na ₂ S ₂ O ₃ қосылысының антидот ретінде, уытты заттарға қарсы қолданылуы оның әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш қасиеттерімен тығыз байланысты.

ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫНЫҢ ТЕОРИЯСЫ.

1. Тотығу-тотықсыздану потенциалдары және реакцияның бағыты.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларының бағытын болжау үшін, электродтық немесе тотығу-тотықсыздану потенциалының шамасымен сипатталатын, тотығу-тотықсыздану жүйесінің салыстырмалы күшін білу керек.

Электродтық потенциалдардың пайда болуы электрондардың тасымалдануына байланысты болып келеді.

Егер металл суға салынатын болса, металдың иондары еріткіштің полюсті молекулаларының әсерінен ерітіндіге ауысады. Металдың беткейі теріс зарядталады, себебі онда электрондардың артық мөлшері пайда болады, ал металдың беткейіне жақын орналасқан су қабаты катиондардың жиналуына байланысты оң зарядталады. Сол себепті металл-су бөліну шекарасында қос электр қабаты түзіліп, потенциалдар айырмасы пайда болады.

Егер металл өз тұзының ерітіндісіне салынатын болса, оның беткейі және соған қарама-қарсы ерітіндінің металға жақын қабаты металдың белсенділігіне байланысты зарядталады. Металдың белсенділігі жоғары болып, оның иондарының ерітіндіге өту қабылеті күшті болса, металдың беткейі теріс зарядталады. Қарама-қарсы иондар металдың беткейінде көбірек тұнатын болса, ол оң зарядталады. Екі жағдайда да металл мен оған жапсарлас орналасқан сұйықтың арасында потенциалдар айырмасы пайда болады.

Пайда болған потенциалдар айырмасы иондардың металдан ерітіндіге немесе ерітіндіден металға ауысуын шектейді. Сол себепті белгілі бір концентрациялы өз тұзының ерітіндісіне салынған металға белгілі бір потенциал шамасы сәйкес келеді. Өз тұзының ерітіндісіне салынған металл мен ерітіндінің арасында пайда болатын потенциалдар айырмасы электродтық потенциал деп аталады. Оның шамасы Нернст теңдеуі бойынша есептеледі:

0, 059

Е = Е ⁰ + lgС

Е - металдың электродтық потенциалы, В

Е ⁰ - металдың стандартты электродтық потенциалы, В

n - тасымалданған электрондардың саны

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.