Asosiy kontent

Course: Kimyo > Unit 16

Lesson 1: Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari

Oksidlanish-qaytarilish (redoks) reaksiyalari

Oksidlanish qaytarilish (redoks) reaksiyalariga misollar, oksidlovchilar va qaytaruvchilar va redoks reaksiyalarining umumiy turlari

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi nima?

Redoks (yoki oksidlanish-qaytarilish) reaksiyasi ikkita kimyoviy birikma oʻrtasidagi elektronlarning koʻchishi bilan boradigan reaksiyalarni oʻz ichiga oladi.

Agar reagent va mahsulotlarning oksidlanish darajasida qandaydir oʻzgarishlar boʻlsa, biz elektronlar koʻchishi sodir boʻldi deyishimiz mumkin.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi barcha joyda bor! Sizning tanangiz oksidlanish-qaytarilish reaksiyasidan foydalanib oziq-ovqatlar va kislorodni energiyaga hamda suv va

{CO}_{2}

ga aylantiradi. Keyin biz nafas olish orqali ularni chiqarib yuboramiz. Sizning elektronikangizdagi batareyalar ham oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga tayanadi, ular haqida elektrokimyoni oʻrganganimizda koʻproq bilib olasiz. Atrofingizda sodir boʻlayotgan boshqa oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga misollar topa olasizmi?

Misol va muhim atamalar

Foydalanishda qulaylik yaratish uchun oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari baʼzi atamalar qoʻllanadi. Biz bu atamalarni quyidagi reaksiya misolida koʻrib chiqamiz:

2 {Fe}_{2} O_{3} (q) + 3 C (q) \to 4 Fe (q) + 3 {CO}_{2} (g)

Biz quyidagi bir qancha savollarga javob bermoqchimiz:

1.

Bu reaksiya oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi hisoblanadimi va biz buni qanday aniqlaymiz?

2.

Agar bu oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi boʻlsa, nima qaytarilmoqda va nima oksidlanmoqda?

3.

Bu reaksiyada qaytaruvchi nima?

4.

Bu reaksiyada oksidlovchi nima?

$1$ ‍-savol:
Biz ushbu maqolaning sarlavhasiga asoslanib bu savolning birinchi qismini taxmin qilishimiz mumkin. Ha, bu ehtimol oksidlanish-qaytarilish reaksiyasidir, lekin qanday qilib bunga ishonch hosil qilish mumkin? Biz elektron koʻchishi sodir boʻlganini koʻrsatishimiz lozim va biz buni reagentlardan mahsulotlar hosil boʻlgandagi oksidlanish darajalari oʻzgarishini tekshirib aniqlashimiz mumkin.

Agar biz reagent va mahsulotlarda har bir atom uchun oksidlanish darajalarini topsak, quyidagiga ega boʻlamiz:

C (q)

Fe (q)

: oddiy moddalar uchun oksidlanish darajasi

0

ga teng, shuning uchun biz

C (q)

Fe (q)

ning oksidlanish darajasi

0

ekanini bilamiz.

{Fe}_{2} O_{3} (q)

O

ning oksidlanish darajasi

- 2

ga teng, kimyoviy birikmaning zaryadi esa neytral, shuning uchun temir atomlarining oksidlanish darajasi

+ 3

ga teng boʻladi.

{CO}_{2} (g)

: bu yerda ham

O

ning oksidlanishi darajasi

- 2

ga teng, kimyoviy birikmaning zaryad esa neytral, shuning uchun

C

ning oksidlanish darajasi

+ 4

ga teng.

2 {Fe}_{2} O_{3} (q) + 3 C (q) \to 4 Fe (q) + 3 {CO}_{2} (g)

↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓

+ 3, - 2 0 0 + 4, - 2 (oksidlanish darajasi)

1

-savolning ikkinchi qismiga javob berish uchun oksidlanish darajasidan foydalanishimiz mumkin, chunki biz reaksiya vaqtida elektronlar koʻchishi hisobiga uglerod va temirning oksidlanish darajalari oʻzgarganini koʻrib turibmiz.

$2$ ‍-Savol:
Uglerod oksidlanadi, chunki u elektronlarini yoʻqotishi natijasida oksidlanish darajasi

0

dan

+ 4

gacha ortmoqda.
Temir qaytariladi, chunki u elektronlarni qabul qilib, oksidlanish darajasini

+ 3

dan

0

gacha kamaytirmoqda.

$3$ ‍-Savol:
Qaytaruvchi oksidlanuvchi reagentdir (va shu vaqtda, u yana nimanidir qaytaradi), shuning uchun

C (q)

qaytaruvchi boʻladi.

$4$ ‍-Savol:
Oksidlovchi qaytariluvchi reagentdir (va shu vaqtda, u yana nimanidir oksidlaydi), shuning uchun

{Fe}_{2} O_{3} (q)

oksidlovchidir.

Oksidlash-qaytarilish reaksiyalarining umumiy tiplari

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarning asosiy sinflari boʻlgani sababli biz ularni yaxshiroq bilishni istaymiz. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining bir nechta asosiy tiplari mavjud, ehtimol, siz ular bilan tanishishni istarsiz. Bu misollarning har birida, nima qaytarilishi va oksidlanishini aniqlashga bir daqiqadan ajrating!

1.

Yonish reaksiyalari

Yonish reaksiyasi kislorod tutgan mahsulotlar hosil boʻlishi bilan boradigan, yonuvchan modda va molekulyar kislorod

(O_{2})

oʻrtasidagi oksidlash-qaytarilish reaksiyasidir. Reagentlardan biri uglevodorod boʻlsa, mahsulotlar karbonat angidrid va suvdan iborat boʻladi.

Quyida uglevodorodlardan biri boʻlgan oktanning yonish reaksiyasi berilgan. Oktan benzin tarkibidagi asosiy komponent hisoblanadi va bu yonish reaksiyasi aksariyat avtomobillarning dvigatelida sodir boʻladi:

2 C_{8} H_{18} + 25 O_{2} \to 16 {CO}_{2} (g) + 18 H_{2} O

2.

Disproporsiya reaksiyalari

Disproporsiya reaksiyasi (yoki avtooksidlanish reaksiyasi) bir reagent ham oksidlanib, ham qaytariladigan reaksiyadir. Quyidagi reaksiya gipoxloritning (

{ClO}^{-}

) disproporsiyalanish reaksiyasi berilgan:

3 {ClO}^{-} (s . e) \to {ClO}_{3}^{-} (s . e) + 2 {Cl}^{-} (s . e)

Agar xlor uchun oksidlanish darajalarini tahlil qilsak, reagent

{ClO}^{-}

ioni

{ClO}_{3}^{-}

gacha oksidlanyotganini koʻramiz (bu yerda oksidlanish darajasi

+ 1

dan

+ 5

gacha ortadi). Ayni vaqtda

{ClO}^{-}

ning boshqa molekularida xlor

{Cl}^{-}

gacha qaytariladi (bu yerda oksidlanish darajasi

+ 1

dan

- 1

gacha kamayadi). Kislorod esa

{ClO}^{-}

da ham,

{ClO}_{3}^{-}

da ham

- 2

oksidlanish darajasiga ega, shuning uchun u reaksiyada oksidlanmagan va qaytarilmagan.

3.

Oʻrin olish reaksiyalari

Oʻrin olish reaksiyasi (yoki yakka almashinish reaksiyasi) birikmadagi biror elementning oʻrnini oladigan oddiy modda va tarkibidagi biror elementni almashtiradigan birikma oʻrtasida boradi. Masalan, koʻpgina metallar tuzlar va vodorod gazi hosil qilib, kislotalar bilan taʼsirlashadi. Quyida oʻrin olish reaksiyalariga misol sifatida rux metallining va xlorid kislotaning suvli eritmasi bilan reaksiyasi natijasida kislotadan vodorodni siqib chiqarilishi berilgan:

Zn (q) + 2 HCl (s . e .) \to {ZnCl}_{2} (s . e .) + H_{2} (g)

Oddiy oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini yarim reaksiya usulidan foydalanib tenglashtirish

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini qaytarilish va oksidlanish yarim reaksiyalariga ajratilishi mumkin. Kimyogarlar elektronni koʻchib oʻtishini koʻrsatishni osonlashtirish uchun yarim reaksiyalardan foydalanishadi, shuningdek, bu usul oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirishda yordam beradi. Keling, yarim reaksiya holida yozish uchun yana bir reaksiyani koʻrib chiqamiz:

Al (q) + {Cu}^{2 +} (s . e .) \to {Al}^{3 +} (s . e .) + Cu (q)

Yuqoridagi reaksiya toʻgʻri tenglashtirilgan hisoblanadimi? Atomlarimizga qarasak, tenglashgandek tuyuladi: strelkaning har ikkala tomonida

1 Al

1 Cu

atom bor. Biroq reagent tomonidagi zaryadlarni qoʻshganimizda mahsulot tomonidagi

3 +

zaryad bilan mos kelmaydigan

2 +

zaryadga ega boʻlamiz. Biz ham atomlar, ham zaryadlar tenglashganiga ishonch hosil qilishimiz lozim! Reaksiyani tenglashtirish uchun yarim reaksiya usulidan foydalanamiz.

Qaytarilishning yarim reaksiyasi: qaytarilish yarim reaksiyasi qaytarilish bosqichida ishtirok etadigan reagent va mahsulotlarni koʻrsatadi.

{Cu}^{2 +}

ionlari

Cu (q)

gacha qaytarilgani tufayli biz shu bosqichdan yozishdan boshlashimiz mumkin:

{Cu}^{2 +} (s . e) \to Cu (q)

Lekin bu notoʻgʻri yarim reaksiya, chunki u zaryad boʻyicha tenglashmagan. Reagent tomonning zaryadi

2 +

ni va mahsulot tomonning zaryadi

0

ni tashkil etmoqda. Biz koʻchib oʻtadigan elektronlarni qoʻshib, zaryadlarni tenglashtirishimiz mumkin, shunda biz toʻgʻri qaytarilish yarim reaksiyasiga ega boʻlamiz:

{Cu}^{2 +} (s . e) + 2 e^{-} \to Cu (q) Qaytarilish yarim reaksiyasi

Tenglashtirilgan yarim reaksiyada

{Cu}^{2 +}

ioni

2 e^{-}

olib mis atomiga (

{Cu}^{0}

) oʻtayotganini koʻrishimiz mumkin. Bu elektronlar qayerdan keldi? Biz elektronlarni oksidlanish yarim reaksiyasidan oʻtayotganini koʻrishimiz mumkin.

Oksidlanish yarim reaksiyasi: oksidlanish yarim reaksiyasi oksidlanish bosqichida ishtirok etgan reagent va mahsulotlarni koʻrsatadi. Bu reaksiya

Al (q)

metalli

{Al}^{3 +}

ioniga oksidlanadi, shuningdek, yarim reaksiya zaryad boʻyicha ham tenglashganiga ishonch hosil qilishimiz kerak:

Al (q) \to {Al}^{3 +} (s . e) + 3 e^{-} Oksidlanish yarim reaksiyasi

Oksidlanish yarim reaksiyalaridan har bir

Al (q)

atomi

{Al}^{3 +}

ionini hosil qilganda

3 e^{-}

yoʻqotishini koʻrishimiz mumkin.

Tenglashtirilgan umumiy reaksiya tenglamasini olish uchun biz tenglashtirilgan yarim reaksiyalarni birlashtiramiz, ammo tekshirish lozim boʻlgan yana bir narsa bor. Elektronlar umumiy tenglamada tenglashishi lozim. Bunday deyishimizga yana bir sabab, oksidlanish yarim reaksiyasida ajraladigan har qanday elektronlar qaytarilish yarim reaksiyasida sarflanilayotganiga ishonch hosil qilishni istaymiz. Aks holda, bizda suzuvchi elektronlar, yaʼni erkin elektronlar paydo boʻladi! Bu har bir yarim reaksiyada koʻchib oʻtgan elektronlar soni bir xil boʻlishi lozimligini anglatadi.

Qaytarilish yarim reaksiyasini

3

ga, oksidlanish yarim reaksiyasini

2

ga koʻpaytiramiz va natijada ikkala yarim reaksiyamizda ham

6

tadan elektron koʻchayotgan boʻladi:

\begin{aligned} 3 \times [{Cu}^{2 +} (s . e) + 2 e^{-} \to Cu (q)] 3 \times qaytarilish yarim reaksiyasi \\ 2 \times [Al (q) \to {Al}^{3 +} (s . e) + 3 e^{-}] 2 \times oksidlanish yarim reaksiyasi \end{aligned}

Endi har bir yarim reaksiyada elektronlar soni bir xil boʻldi, biz umumiy tenglashgan tenglamaga ega boʻlish uchun ularni qoʻshishimiz mumkin:

\begin{aligned} 6 e^{-} + 3 {Cu}^{2 +} (s . e) & \to 3 Cu (q) 3 \times qaytarilish yarim reaksiyasi \\ 2 Al (q) & \to 2 {Al}^{3 +} (s . e) + 6 e^{-} 2 \times oksidlanish yarim reaksiyasi \\ 2 Al (q) + 3 {Cu}^{2 +} (s . e) & \to 2 {Al}^{3 +} (s . e) + 3 Cu (q) Umumiy tenglashgan reaksiya \end{aligned}

Nihoyat, biz ikkala tomonda ham reagent va mahsulotlar paydo boʻlishini tekshirishimiz mumkin. Ular paydo boʻlmagan ekan, biz ishni yakunladik! Bizning reaksiya ham massasi, ham zaryadi boʻyicha tenglashgan.

Bu reaksiya neytral sharoitlarda sodir boʻladi

([H^{+}] = [{OH}^{-}])

. Baʼzan kislotali

([H^{+}] > [{OH}^{-}])

yoki ishqoriy

([H^{+}] < [{OH}^{-}])

sharoitlarda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish lozim boʻladi. Kislotali va ishqoriy sharoitlarda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish jarayonlari biz hozir koʻrib chiqqan misol bilan solishtirganda, bir nechta qoʻshimcha bosqichlarga ega.

Kislotali sharoitida tenglashtirish haqida batafsil bilish uchun kislotada oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish toʻgʻrisidagi videoni tomosha qiling.

Ishqoriy sharoitda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish toʻgʻrisida batafsil bilish uchun ishqorda oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini tenglashtirish haqidagi videoni tomosha qilish.

Xulosa

Biz oksidlanish darajasini tekshirgan holda oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini aniqlashimiz mumkin. Oksidlanish qaytarilish reaksiyalarini oksidlanish va qaytarilish yarim reaksiyalariga ajratib olishimiz mumkin. Biz massa va zaryad tengligini talab qiluvchi oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish uchun yarim reaksiya usulidan foydalanishimiz mumkin. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining umumiy uch turi bu – yonish, disproporsiyalanish va oʻrin olish reaksiyalaridir.

Mavzuga oid manbalar:

Ushbu maqola quyidagi maqolalar bilan uzviy bogʻlangan:

"Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari" Boshlangʻich Kimyo dan, CC-BY-NC-SA 3.0
"Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirish" UC Davis ChemWiki dan, CC-BY-NC-SA 3.0
"Moddalar almashinuvida oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining ahamiyati" UC Davis ChemWiki dan, CC-BY-NC-SA 3.0

Maqola CC BY-NC-SA 4.0 litsenziyasi asosida litsenziyalangan.

Qoʻshimcha maʼlumotlar:

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Oxidation-Reduction Reactions. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructorʼs Edition (9th ed., pp. 125-131). Stamford, CT: Cengage Learning.

Kotz, J. C., Treichel, P. M., Townsend, J. R., and Treichel, D. A. (2015). Chlorine Compounds. In Chemistry and Chemical Reactivity, Instructorʼs Edition (9th ed., pp. 850-851). Stamford, CT: Cengage Learning.

Urinib koʻring!

1-misol

Quyidagi oksidlanish-qaytarilish reaksiyasining tenglashgan koʻrinishi qanday boʻladi?

Al (q) + H^{+} (s . e) \to {Al}^{3 +} (s . e) + H_{2} (g)

Qaytarilish yarim reaksiyasini

3

ga, oksidlanish yarim reaksiyasini

2

ga koʻpaytiramiz va natijada ikkala yarim reaksiyamizda ham

6

tadan elektron koʻchayotgan boʻladi:

\begin{aligned} 6 H^{+} (s . e) + 6 e^{-} & \to 3 H_{2} (g) 3 \times qaytarilish yarim reaksiyasi \\ 2 Al (q) & \to 2 {Al}^{3 +} (s . e) + 6 e^{-} 2 \times oksidlanish yarim reaksiyasi \\ 6 H^{+} (s . e) + 2 Al (q) & \to 2 {Al}^{3 +} (s . e) + 3 H_{2} (g) Umumiy tenglashgan reaksiya \end{aligned}

Muhokamaga qoʻshilmoqchimisiz?

Kirish

Saralash:

Hozircha izohlar yoʻq.

Ingliz tilini tushunasizmi? Khan Academyʼning inglizcha saytida boʻlayotgan muhokamalarni koʻrish uchun shu yerga bosing.