ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫ. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыру және теңестіру

Пән: Химия
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 6 бет
Таңдаулыға:

ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫ

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.

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.

1. 6. 1 Тотығу-тотықсыздану реакцияларын құрастыру және

теңестіру

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестңрудің екі тәсілі бар, электронды баланс жене ионды-электронды тәсілдері. Екі тәсілдің де негізі бірдей: ол - тотығу-тотықсыздану процесінде тотықсыздандырғыш берген электрон-дардың саны тотықтырғыш қосып алған электрондар санына тең болуы шарт.

Ең әуелі электронды баланс тәсілі бойынша мынадай реакцияны теңестіріп көрейік.

Na ₂ SО ₃ +KMnО ₄ +H ₂ SО ₄ → Na ₂ SО ₄ + MnSО ₄ + K ₂ SО ₄ + H ₂ О

Реакция кезінде тотығу дәрежсі өзгеретін элементтерді тауып, олардың үстіне жазамыз:

+4 +7 +6 +2

Na ₂ SО ₃ + KMnО ₄ +H ₂ SО ₄ → Na ₂ SО ₄ + MnSО ₄ + K ₂ SО ₄ + H ₂ О

тотықсыздан- тотықтырғыш

дырғыш

S ⁺⁴ - 2е = S ⁺⁶

Мn ⁺⁷ + 5е = Мn ⁺²

Тотығу және тотықсыздану процесіне қатысушы заттардың коэффициенттері электрондык баланс тәсілінің шарты бойынша тотықсыздандырғыш берген, тотықтырғыш қосып алған электрондар санына тең болады:

5 S ⁺⁴ - 2е = S ⁺⁶

2 Мn ⁺⁷ + 5е = Мn ⁺²

Қысқартылған теңдеуден соң, реакцияның молекулярлық теңдеуін жазамыз.

5Na ₂ SО ₃ + 2KMnО ₄ + 3H ₂ SО ₄ → 5Na ₂ SО ₄ + 2MnSО ₄ + K ₂ SО ₄ + 3H ₂ О

Осы келтірілген реакцияның теңдеуін енді ионды-электронды тәсіл бойынша қайта теңестіріп көрейік. Ол үшін реакцияға қатысатын, яғни тотығып, тотықсызданатын не байланысатын бөлшектерді ғана қалдырып, реакцияның иондык теңдеуін жазайық:

SО ₃ ^2- + MnО ₄ ^- + Н ⁺ → SО ₄ ^2- +Мn ²⁺ + Н ₂ О

Тотығу және тотықсыздану реакцияларының жартылай иондық теңдеулері түрінде жазамыз:

5 SО ₃ ^2- + Н ₂ О -2е = SО ₄ ^2- + 2Н ⁺

2 MnО ₄ ^- + 8Н ⁺ + 5е = Mn ²⁺ + 4Н ₂ О

Соңғы теңдеуде MnО ₄ ^- анионындағы 4 оттек атомын байланыстыру үшін 8Н ⁺ керектігін бірдей ecкерiп жазамыз. Табылған коэффиценттерге теңдеулердің оң жағы мен сол жағын көбейтіп қоссақ, иондық теңдеудің теңескен түpi шығады:

5Na ₂ SО ₃ + 2KMnО ₄ + 3H ₂ SО ₄ → 5Na ₂ SО ₄ + 2MnSО ₄ + K ₂ SО ₄ + 3H ₂ О

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:

каталаза

2Н ₂ О ₂ → 2Н 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. Кейбір дәрілік препараттардың сақталуына қойылатын талап олардың тотығу-тотықсыздану қасиеттеріне байланысты, мысалы, KMnO ₄ және Na ₂ S ₂ O ₃ , КІ және NaNO ₂ , Н ₂ О ₂ және иодидтерді бірге сақтауға болмайды, себебі олар өзара әрекеттесуі мүмкін.

Әрбір тотығу-тотықсыздану реакциясы тотығу және тотықсыздану тұрады. Егер реакция гальваникалық элементте немесе электролиз жолымен іске асса, онда әрбір жартылайреакция өзіне сәйкес электродтарда жүреді; сондықтан жартылайреакцияларды электродтық үрдістер деп те атайды. Тотығу-тотықсыздану реакциясының екі жартылайреакцияларға бөлінуіне байланысты кернеу (ЭҚК) әрбір жартылайреакцияға сәйкес кернеу шамаларының айырмасына тең. Бұл шамалар электродтық потенциалдар немесе электродтық кернеулер деп аталады. Мыс-мырыш элементіндегі Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu тотығу-тотықсыздану үрдісінің электрқозғаушы күші жартылайэлементтердің потенциалдарының айырмасына тең: Е = ∆φ1 − ∆φ2 Бұл шаманы өлшеуге болады. Сондықтан жартылайэлементтерді (тотығу-тотықсыздану жұптарын) сипаттау үшін берілген жартылайэлемент пен салыстыру электродының арасындағы ЭҚК шамасын пайдаланады. Салыстыру электроды есебінде стандартты сутектік электрод қабылданған: 2Н+(ер. ) + 2е- ↔︎ Н20 Сутектің қысымы 1атм, Н+ белсенділігі 1-ге тең (α ≈ С = 1моль/л) шарты сақталғанда ∆φ0 = 0. Стандартты сутектік электрод пен қарастырылып отырған электродтан құрылған тізбектің ЭҚК соңғының электродтық потенциалы деп аталады. Иондардың белсенділігі (концентрациясы) 1-ге тең жағдайда бұл потенциалды стандартты (Е0) деп атайды.

Мысалы Cu2+/ Cu тотығу- тотықсыздану жұбы үшін [Cu2+] = 1моль/л болғанда: Е = ∆φ1 − ∆φ0 = Е0 (Cu2+/Cu) Zn + Cu2+ = Zn2+ + Cu тотығу-тотықсыздану үрдісі үшін: Е = Е0 (Cu2+/Cu) - Е0 (Zn2+/Zn ) жалпы түрде:

Е = Етот. - Етқсз.,

мұндағы Етот. - тотықтырғыш есебіндегі жұптың электродтық потенциалы; Етқсз. - тотықсыздандырғыш есебіндегі жұптың электродтық потенциалы.

Гальваникалық элементтің ЭҚК мен берілген үрдістің Гиббс энергиясы арасындағы байланыс мына теңдеу арқылы өрнектеледі: ∆G = - nFE, мұндағы n -үрдіске қатысушы электрондар саны; F- Фарадей саны, 96500Кл. ∆G0298 < 0, Е >0 жағдайда тотығу-тотықсыздану үрдісінің жүруі термодинамикалық тұрғыдан мүмкін. Сонымен, тотығу-тотықсыздану реакциясының жүру мүмкіндігін анықтау үшін стандартты электродтық потенциалды (Е0) білу керек. Есте сақтаңыз: *Е0 шамасы тотықсыздану үрдісіне қатысты (Е0 (Cu2+/Cu) шамасы Cu2+ + 2 е = Cu0 реакциясына сәйкес) . *Е0 мәні бір электронға (1е) есептеліп берілген. *Стандартты сутектік потенциал нөлге тең Е0 (2Н+/ Н20) = 0 В. *Электродтық потенциалдың шамасы температураға және компоненттердің белсенділігіне тәуелді Е f(Т, ai) .

Мысал 1. Аноды өз тұзының (ZnSO4) ерітіндісіне батырылған мырыш болып келетін гальваникалық элементтің стандартты ЭҚК (298К) 0, 47 В тең. Екінші электродтың стандартты электродтық потенциалын есептеп табыңыз. Ол қандай электрод? Гальваникалық элементтің жұмысы барысында мырыш пластинкасының массасы қалай өзгереді?

Шығарылуы. Стандартты ЭҚК стандартты редокс - потенциалдардың айырмасына тең: E = (Ox) - (Red) . Анықтамалық кестеде (Zn2+/Zn) = - 0, 76. Катодтың электродтық потенциалын есептейік: 0, 47 =E0(Ox) - (-0, 76) . Олай болса, E0(Ox) = - 0, 29 B. Стандартты электродтық потенциалдың бұл мәніне Co2+/Co редокс - жұбы сәйкес келеді. Гальваникалық элементте мына реакция жүретіндіктен, Мырыш пластинкасының массасы кемиді.

Мысал 2. Стандарты жағдайда берілген тотығу- тотықсыздану реакциясы қай бағытта өздігінен жүретіндігін анықтаңыз: Н2 SО4 + НCl = Cl2 + Н2 SО3 +Н2 О

Шығарылуы: 1. Стандартты потенциалдар кестесінен әрбір жұптың потенциалдар шамасын табамыз: Е0(Cl2 / 2 Cl- ) =1, 36 В Е0(SО42- / SО32- ) = 0, 22В 2. Потенциалдар шамасын салыстыра отырып Cl2 / 2Cl -, жұбының тотыққан түрінің потенциалының оң мәні жоғары болғандықтан, оның тотықтырғыш болатындығын, ал екінші жұптың (SО42- / SО32- ) тотықсызданған түрі потенциал мәні кіші болғандықтан тотықсыздандырғыш болатынын анықтаймыз. Олай болса, стандартты жағдайларда реакция өздігінен төмендегі теңдеу бойынша жүреді:

Cl2 + Н2 SО3 +Н2 О = Н2 SО4 + 2НCl

Мысал 3. Калий иодиді мен калий бромидінің қоспасына хлормен әсер еткенде алдымен қай реакция жүреді, егер стандартты электродтық тотығу-тотықсыздану потенциалдарының мәндері:

Е0(Cl2 /2Cl -) =1, 36 В, Е0(Br 2 \ 2Br - ) = 1, 08 В, Е0( І2/ 2І- ) = 0, 54 В тең болса?

... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.