Oksidlanish-qaytarilish (redoks) reaksiyalari

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. ʻ

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi barcha joyda bor! Sizning tanangiz oksidlanish-qaytarilish reaksiyasidan foydalanib oziq-ovqatlar va kislorodni energiyaga hamda suv va $\text {CO}_2$start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript 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?

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

Biz quyidagi bir qancha savollarga javob bermoqchimiz:

$1.~$1, point, space Bu reaksiya oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi hisoblanadimi va biz buni qanday aniqlaymiz?
$2.~$2, point, space Agar bu oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi boʻlsa, nima qaytarilmoqda va nima oksidlanmoqda? $3.~$3, point, space Bu reaksiyada qaytaruvchi nima?
$4.~$4, point, space Bu reaksiyada oksidlovchi nima?

$1$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:

$1$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$2-Savol:
Uglerod oksidlanadi, chunki u elektronlarini yoʻqotishi natijasida oksidlanish darajasi $0$0 dan $+4$plus, 4 gacha ortmoqda.
Temir qaytariladi, chunki u elektronlarni qabul qilib, oksidlanish darajasini $+3$plus, 3 dan $0$0 gacha kamaytirmoqda.

$3$3-Savol:
Qaytaruvchi oksidlanuvchi reagentdir (va shu vaqtda, u yana nimanidir qaytaradi), shuning uchun $\text C(q)$start text, C, end text, left parenthesis, q, right parenthesis qaytaruvchi boʻladi.

$4$4-Savol:
Oksidlovchi qaytariluvchi reagentdir (va shu vaqtda, u yana nimanidir oksidlaydi), shuning uchun $\text{Fe}_2 \text O_3(q)$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, q, right parenthesis oksidlovchidir.

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.~$1, point, spaceYonish reaksiyalari

Yonish reaksiyasi kislorod tutgan mahsulotlar hosil boʻlishi bilan boradigan, yonuvchan modda va molekulyar kislorod $(\text O_2)$left parenthesis, start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript, right parenthesis 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.~$2, point, spaceDisproporsiya reaksiyalari

Disproporsiya reaksiyasi (yoki avtooksidlanish reaksiyasi) bir reagent ham oksidlanib, ham qaytariladigan reaksiyadir. Quyidagi reaksiya gipoxloritning ($\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript) disproporsiyalanish reaksiyasi berilgan:

Agar xlor uchun oksidlanish darajalarini tahlil qilsak, reagent $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript ioni $\text{ClO}_3^-$start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript gacha oksidlanyotganini koʻramiz (bu yerda oksidlanish darajasi $+1$plus, 1 dan $+5$plus, 5 gacha ortadi). Ayni vaqtda $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript ning boshqa molekularida xlor $\text{Cl}^-$start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript gacha qaytariladi (bu yerda oksidlanish darajasi $+1$plus, 1 dan $-1$minus, 1 gacha kamayadi). Kislorod esa $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript da ham, $\text{ClO}_3^-$start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript da ham $-2$minus, 2 oksidlanish darajasiga ega, shuning uchun u reaksiyada oksidlanmagan va qaytarilmagan.

$3.~$3, point, spaceOʻrin 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:

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:

Yuqoridagi reaksiya toʻgʻri tenglashtirilgan hisoblanadimi? Atomlarimizga qarasak, tenglashgandek tuyuladi: strelkaning har ikkala tomonida $1\,\text {Al}$1, start text, A, l, end text va $1\,\text {Cu}$1, start text, C, u, end text atom bor. Biroq reagent tomonidagi zaryadlarni qoʻshganimizda mahsulot tomonidagi $3+$3, plus zaryad bilan mos kelmaydigan $2+$2, plus 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. $\text {Cu}^{2+}$start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript ionlari $\text{Cu}(q)$start text, C, u, end text, left parenthesis, q, right parenthesis gacha qaytarilgani tufayli biz shu bosqichdan yozishdan boshlashimiz mumkin:

Lekin bu notoʻgʻri yarim reaksiya, chunki u zaryad boʻyicha tenglashmagan. Reagent tomonning zaryadi $2+$2, plus ni va mahsulot tomonning zaryadi $0$0 ni tashkil etmoqda. Biz koʻchib oʻtadigan elektronlarni qoʻshib, zaryadlarni tenglashtirishimiz mumkin, shunda biz toʻgʻri qaytarilish yarim reaksiyasiga ega boʻlamiz:

Tenglashtirilgan yarim reaksiyada $\text{Cu}^{2+}$start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript ioni $2 e^-$2, e, start superscript, minus, end superscript olib mis atomiga ($\text{Cu}^0$start text, C, u, end text, start superscript, 0, end superscript) 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 $\text {Al}(q)$start text, A, l, end text, left parenthesis, q, right parenthesis metalli $\text {Al}^{3+}$start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript ioniga oksidlanadi, shuningdek, yarim reaksiya zaryad boʻyicha ham tenglashganiga ishonch hosil qilishimiz kerak:

Oksidlanish yarim reaksiyalaridan har bir $\text {Al}(q)$start text, A, l, end text, left parenthesis, q, right parenthesis atomi $\text {Al}^{3+}$start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript ionini hosil qilganda $3e^-$3, e, start superscript, minus, end superscript 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$3 ga, oksidlanish yarim reaksiyasini $2$2 ga koʻpaytiramiz va natijada ikkala yarim reaksiyamizda ham $6$6 tadan elektron koʻchayotgan boʻladi:

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

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.

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.