Жаңы кошулмалардын пайда болушу менен бир заттын экинчи затка айланышы химиялык реакция деп аталат. Бул процессти түшүнүү адамдардын жашоосу үчүн чоң мааниге ээ, анткени анын жардамы менен жаратылышта аз өлчөмдө кездешкен же табигый түрдө таптакыр жок болгон керектүү жана пайдалуу заттардын эбегейсиз чоң көлөмүн алууга болот. Эң маанилүү сорттордун арасында редокс реакциялары (кыскача OVR же редокс) бар. Алар атомдордун же иондордун кычкылдануу даражаларынын өзгөрүшү менен мүнөздөлөт.
Реакция учурундагы процесстер
Реакция учурунда эки процесс жүрөт - кычкылдануу жана калыбына келтирүү. Алардын биринчиси калыбына келтирүүчү заттар (донорлор) менен алардын кычкылдануу даражасынын жогорулашы менен электрондордун берилиши, экинчиси кычкылдануу даражасынын төмөндөшү менен кычкылдануучу заттардын (акцепторлордун) электрондорду кошуусу менен мүнөздөлөт. Кеңири таралган калыбына келтирүүчү заттар болуп эң төмөнкү кычкылдануу абалындагы металлдар жана металл эмес бирикмелер (күкүрттүү суутек, аммиак) саналат. типтүүкычкылдандыргыч заттар - галогендер, азот, кычкылтек, ошондой эле эң жогорку кычкылдануу абалындагы элементти (азот же күкүрт кислотасы) камтыган заттар. Атомдор, иондор, молекулалар электрондорду берип же ала алышат.
1777-жылга чейин кычкылдануу флогистон деп аталган көзгө көрүнбөгөн күйүүчү заттын жоголушуна алып келет деген гипотеза болгон. Бирок А. Лавуазье түзгөн күйүү теориясы окумуштууларды кычкылдануу кычкылтек менен өз ара аракеттенгенде, ал эми калыбына келтирүү суутектин таасири астында болот деп ынандырган. Бир аз убакыт өткөндөн кийин гана суутек менен кычкылтек гана эмес, редокс реакцияларына таасир эте алары айкын болду.
кычкылдануу
Кисденүү процесси суюк жана газ фазаларында, ошондой эле катуу заттардын бетинде болушу мүмкүн. Аноддо (энергия булагынын оң уюлуна туташтырылган электрод) эритмелерде же эритмелерде пайда болгон электрохимиялык кычкылдануу өзгөчө роль ойнойт. Мисалы, фториддерди электролиз менен эриткенде (заттын электроддордо анын курамдык элементтерине ыдырашы) эң күчтүү органикалык эмес кычкылдандыргыч фтор алынат.
Кисчертенүүнүн дагы бир классикалык мисалы - абада жана таза кычкылтекте күйүү. Бул процесске ар кандай заттар жөндөмдүү: металлдар жана металл эместер, органикалык жана органикалык эмес бирикмелер. Практикалык мааниге ээ болуп отундун күйүүсү саналат, ал негизинен аз өлчөмдөгү кычкылтек, күкүрт, азот жана башка элементтер менен көмүрсутектердин татаал аралашмасы болуп саналат.
Классикалык кычкылдандыргыч –кычкылтек
Атомдор электрондорду бириктирген жөнөкөй зат же химиялык кошулма кычкылдандыргыч деп аталат. Мындай заттын классикалык мисалы болуп кычкылтек саналат, ал реакциядан кийин оксиддерге айланат. Бирок ошондой эле кычкылдандыруучу зат болуп озон органикалык заттарга (мисалы, кетондор жана альдегиддер), пероксиддерге, гипохлориттерге, хлораттарга, азот жана күкүрт кислоталарына, марганец оксидине жана перманганатка чейин калыбына келтирилген. Бул заттардын баарында кычкылтек бар экенин көрүү оңой.
Башка жалпы кычкылдандыргычтар
Бирок, редокс реакциясы кычкылтек катышкан процесс гана эмес. Анын ордуна галогендер, хром, жада калса металл катиондору жана суутек иону (эгерде ал реакциянын натыйжасында жөнөкөй затка айланып калса) кычкылдандыруучу агенттин ролун аткара алат.
Канча электрон кабыл алынат, негизинен кычкылдандыргычтын концентрациясына, ошондой эле аны менен өз ара аракеттенген металлдын активдүүлүгүнө жараша болот. Мисалы, концентрацияланган азот кислотасынын металл (цинк) менен реакциясында 3 электрон кабыл алынышы мүмкүн, ал эми ошол эле заттардын өз ара аракеттенүүсүндө кислота өтө суюлтулган формада болсо, буга чейин 8 электрон кабыл алынышы мүмкүн.
Эң күчтүү кычкылдандыргычтар
Бардык кычкылдандыргычтар касиеттеринин күчү менен айырмаланат. Демек, суутек ионунун кычкылдануу жөндөмү төмөн, ал эми акварегияда пайда болгон атомдук хлор (1:3 катышында азот жана туз кислоталарынын аралашмасы) алтын менен платинаны да кычкылдандырат.
Концентрленген селен кислотасы окшош касиеттерге ээ. Бул башка органикалык кислоталар арасында уникалдуу кылат. Суюлтулганда, ал алтын менен өз ара аракеттене албайт, бирок ал күкүрт кислотасынан дагы күчтүү, ал тургай башка кислоталарды, мисалы, туз кислотасын кычкылдандырат.
Күчтүү кычкылдандыргычтын дагы бир мисалы - калий перманганаты. Ал органикалык кошулмалар менен ийгиликтүү өз ара аракеттенет жана күчтүү көмүртек байланыштарын бузууга жөндөмдүү. Жез оксиди, цезий озониди, цезий супероксиди, ошондой эле ксенон дифторид, тетрафторид жана ксенон гексафториди да жогорку активдүүлүккө ээ. Алардын кычкылдануу жөндөмү суюлтулган суу эритмесинде реакцияга киргенде электроддун жогорку потенциалына байланыштуу.
Бирок, бул потенциал андан да жогору болгон заттар бар. Органикалык эмес молекулалардын ичинен фтор эң күчтүү кычкылдандыргыч болуп саналат, бирок ал кошумча жылуулук жана басымсыз инерттүү газдын ксенонуна таасир эте албайт. Бирок бул платина гексафториди, дифтордиоксид, криптон дифториди, күмүш дифториди, эки валенттүү күмүш туздары жана башка кээ бир заттар менен ийгиликтүү күрөшөт. Редокс реакцияларына уникалдуу жөндөмдүүлүгү үчүн алар абдан күчтүү кычкылдандыргычтар катары классификацияланган.
Калыбына келтирүү
Башында "калыбына келтирүү" термини деоксидациянын, башкача айтканда, кычкылтектин жок болушунун синоними болгон. Бирок, убакыттын өтүшү менен бул сөз жаңы мааниге ээ болуп, аларды камтыган кошулмалардан металлдарды алуу, ошондой эле ар кандай химиялык трансформацияларды билдирген.заттын электр терс бөлүгү суутек сыяктуу оң заряддуу элемент менен алмаштырылат.
Процесстин татаалдыгы негизинен кошулмадагы элементтердин химиялык жакындыгынан көз каранды. Ал канчалык алсыз болсо, реакция ошончолук жеңил болот. Адатта, жакындык эндотермикалык кошулмаларда начарыраак болот (алардын пайда болушунда жылуулук сиңет). Алардын калыбына келтирүү абдан жөнөкөй. Буга жардыргыч заттар айкын мисал боло алат.
Экзотермикалык кошулмалар (жылуулуктун бөлүнүп чыгышы менен пайда болгон) реакциясы үчүн электр тогу сыяктуу күчтүү энергия булагы колдонулушу керек.
Стандартты азайтуучу агенттер
Эң байыркы жана кеңири таралган калыбына келтирүүчү бул көмүр. Ал руда оксиддери менен аралашат, ысытылганда аралашмадан кычкылтек бөлүнүп чыгат, ал көмүртек менен биригет. Натыйжада порошок, гранулдар же металл эритмеси пайда болот.
Дагы бир кеңири таралган калыбына келтирүүчү агент бул суутек. Ал ошондой эле металлдарды казып алуу үчүн колдонулушу мүмкүн. Бул үчүн оксиддер суутек агымы өткөн түтүккө тыгылат. Негизинен бул ыкма жезге, коргошунга, калайга, никельге же кобальтка колдонулат. Сиз аны темирге сүйкөсөңүз болот, бирок кыскартуу толук эмес жана суу пайда болот. Ушундай эле көйгөй цинк оксиддерин суутек менен тазалоого аракет кылганда байкалат жана ал металлдын туруксуздугу менен дагы курчуйт. Калий жана башка кээ бир элементтер суутек менен такыр калыбына келбейт.
Органикалык химиядагы реакциялардын өзгөчөлүктөрү
Алып жататкалыбына келтирүүчү бөлүкчө электрондорду кабыл алат жана ошону менен анын атомдорунун биринин кычкылдануу санын төмөндөтөт. Бирок реакциянын маңызын органикалык эмес бирикмелердин катышуусу менен кычкылдануу даражасын өзгөртүү жолу менен аныктоо ыңгайлуу, ал эми органикалык химияда кычкылдануу санын эсептөө кыйын, ал көбүнчө бөлүкчөлүк мааниге ээ.
Органикалык заттар катышкан редокс реакцияларында навигациялоо үчүн төмөнкү эрежени эстен чыгарбоо керек: калыбына келтирүү кошулма кычкылтек атомдорунан баш тартып, суутек атомдорун алгандан кийин болот, жана тескерисинче, кычкылдануу кычкылтектин кошулушу менен мүнөздөлөт.
Кыскартуу процесси органикалык химия үчүн чоң практикалык мааниге ээ. Лабораториялык же өндүрүштүк максаттарда, атап айтканда, заттарды жана системаларды углеводороддор менен кычкылтек аралашмаларынан тазалоо үчүн колдонулган каталитикалык гидрогенизациянын негизин дал ушул адам түзөт.
Реакция төмөнкү температурада да, басымда да (тиешелүүлүгүнө жараша 100 градус Цельсий жана 1-4 атмосферага чейин), ошондой эле жогорку температурада да (400 градуска жана бир нече жүз атмосферага чейин) жүрүшү мүмкүн. Органикалык заттарды өндүрүү туура шарттарды камсыз кылуу үчүн татаал аспаптарды талап кылат.
Катализатор катары активдүү платина тобундагы металлдар же баалуу эмес никель, жез, молибден жана кобальт колдонулат. Акыркы вариант кыйла үнөмдүү. Калыбына келтирүү субстрат менен суутектин бир убакта сорбциясы менен алардын ортосундагы реакцияны жеңилдетүү менен ишке ашат.
Азайтуу реакциялары уланатжана адамдын денесинин ичинде. Кээ бир учурларда, алар пайдалуу, ал тургай, маанилүү болушу мүмкүн, башкаларында олуттуу терс кесепеттерге алып келиши мүмкүн. Мисалы, организмдеги азотту камтыган бирикмелер биринчилик аминдерге айланат, алар башка пайдалуу кызматтар менен катар ткандардын курулуш материалы болгон протеиндик заттарды да түзөт. Ошол эле учурда, анилин менен боёлгон азыктар уулуу кошулмаларды пайда кылат.
Реакциялардын түрлөрү
Кандай кычкылдануу реакциясы экени, кычкылдануу даражаларынын өзгөрүүсүнүн бар экендигине караса айкын болот. Бирок химиялык трансформациянын бул түрүнүн ичинде вариациялар бар.
Ошондуктан, ар кандай заттардын молекулалары өз ара аракеттенүүгө катышса, алардын бири кычкылдануучу атомду, экинчиси калыбына келтирүүчүнү камтыса, реакция молекулалар аралык деп эсептелет. Бул учурда, редокс реакциясынын теңдемеси төмөнкүдөй болушу мүмкүн:
Fe + 2HCl=FeCl2 + H2.
Теңдеме темир менен суутектин кычкылдануу даражалары өзгөрөрүн көрсөтүп турат, ал эми алар ар кандай заттардын бир бөлүгү болуп саналат.
Бирок, химиялык кошулмадагы бир атом кычкылданып, экинчиси калыбына келтирилген жана жаңы заттар алынган молекула ичиндеги редокс реакциялары да бар:
2H2O=2H2 + O2.
Бир эле элемент электрондун донору жана акцепторунун милдетин аткарып, ар кандай кычкылдануу абалына кирген бир нече жаңы кошулмаларды түзгөндө татаал процесс пайда болот. Мындай процесс деп аталатдисмутация же диспропорция. Буга төмөнкү трансформация мисал боло алат:
4KClO3=KCl + 3KClO4.
Жогорудагы кычкылдануу-калыбына келтирүү реакциясынын теңдемесинен хлор +5 кычкылдануу абалында болгон Бертоле тузу эки компонентке - хлордун кычкылдануу даражасы -1 менен калий хлоридине ажырай турганын көрүүгө болот. кычкылдануу саны +7 болгон перхлорат. Көрсө, ошол эле элемент бир эле учурда кычкылдануу даражасын жогорулатып, төмөндөткөн.
Дисмутация процессинин тескериси копропорциянын же репропорциянын реакциясы. Анда ар кандай кычкылдануу даражаларында бир эле элементти камтыган эки кошулма бири-бири менен реакцияга кирип, бир кычкылдануу номери бар жаңы затты пайда кылат:
SO2 +2Н2S=3S + 2H2O.
Жогорудагы мисалдардан көрүнүп тургандай, кээ бир теңдемелерде заттын алдына сандар коюлат. Алар процесске катышкан молекулалардын санын көрсөтөт жана редокс реакцияларынын стехиометриялык коэффициенттери деп аталат. Теңдеме туура болушу үчүн аларды кантип жайгаштырууну билишиңиз керек.
Электрондук баланс ыкмасы
Кыскарткыч реакциялардагы тең салмактуулук дайыма сакталат. Бул кычкылдандыруучу агент калыбына келтирүүчү агент тарабынан берилген канча электронду кабыл алат дегенди билдирет. Редокс реакциясы үчүн теңдемени туура түзүү үчүн бул алгоритмди аткарышыңыз керек:
- Элементтердин реакцияга чейинки жана андан кийинки кычкылдануу даражаларын аныктоо. Мисалы, всуунун катышуусунда азот кислотасы менен фосфордун ортосундагы реакция фосфор кислотасы менен азот кычкылын пайда кылат: HNO3 + P + H2O=H3PO4 + ЖОК. Бардык кошулмалардагы суутектин кычкылдануу даражасы +1, ал эми кычкылтек -2. Азот үчүн реакция башталганга чейин кычкылдануу саны +5, ал өткөндөн кийин +2, фосфор үчүн - 0 жана +5.
- Кисденүү саны өзгөргөн элементтерди белгилеңиз (азот жана фосфор).
- Электрондук теңдемелерди түзүңүз: N+5 + 3e=N+2; R0 - 5e=R+5.
- Кабыл алынган электрондордун санын эң аз орток эселикти тандап жана көбөйткүчтү эсептөө менен теңдеңиз (3 жана 5 сандары 15 саны үчүн бөлүнгүч болуп саналат, азот үчүн көбөйтүүчү 5, ал эми фосфор 3 үчүн): 5N +5 + (3 x 5)e=5N+2; 3P0 - 15e=3P+5.
- Натыйжадагы жарым реакцияларды сол жана оң бөлүктөргө ылайык кошуңуз: 5N+5 + 3P0=5N + 2 - 15th=3Р+5. Бул этапта баары туура жасалса, электрондор кичирейет.
- Теңдемени толугу менен кайра жазыңыз, коэффициенттерди калыбына келтирүү реакциясынын электрондук балансына ылайык келтириңиз: 5HNO3 + 3P + H2 O=3H 3PO4 + 5NO.
- Реакцияга чейинки жана андан кийинки элементтердин саны бардык жерде бирдей бойдон кала бербестигин текшериңиз жана зарыл болсо, башка заттардын алдына коэффициенттерди кошуңуз (бул мисалда суутек менен кычкылтектин саны теңелбей калган реакция теңдемесин туура көрүш үчүн, алдына коэффициентти кошуу керексуу): 5HNO3 + 3P + 2H2O=3H3PO 4 + 5NO.
Мындай жөнөкөй ыкма коэффициенттерди туура жайгаштырууга жана башаламандыкка жол бербөөгө мүмкүндүк берет.
Реакциялардын мисалдары
Кыскысыздандыруу реакциясынын иллюстративдик мисалы - марганецтин концентрацияланган күкүрт кислотасы менен өз ара аракеттенүүсү, төмөнкүдөй жүрүүдө:
Mn + 2H2SO4=MnSO4 + SO 2 + 2 H2O.
Коксидантуу реакциясы марганец менен күкүрттүн кычкылдануу даражаларынын өзгөрүшү менен жүрөт. Процесс башталганга чейин марганец байланышпаган абалда болгон жана нөлдүк кычкылдануу абалына ээ болгон. Ал эми кислотанын курамына кирген күкүрт менен өз ара аракеттенгенде, ал кычкылдануу абалын +2ге чейин жогорулатып, электрон донорунун милдетин аткарган. Күкүрт, тескерисинче, акцептордук ролду ойноп, кычкылдануу даражасын +6дан +4кө түшүргөн.
Бирок марганец электрондорду кабыл алуучу ролду аткарган реакциялар да бар. Мисалы, бул анын оксидинин туз кислотасы менен өз ара аракеттенүүсү, реакцияга ылайык жүрүп жатат:
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2 H2O.
Бул учурда редокс реакциясы марганецтин кычкылдануу даражасынын +4төн +2ге чейин төмөндөшү жана хлордун кычкылдануу даражасынын -1ден 0ге чейин жогорулашы менен жүрөт.
Буга чейин 75% күкүрт кислотасын пайда кылган суунун катышуусунда күкүрт кычкылынын азот оксиди менен кычкылданышынын практикалык мааниси чоң болгон:
SO2 + NO2 + H2O=ЖОК + H2So4.
Кыскарткыч-калыбына келтирүү реакциясы мурда атайын мунараларда жүргүзүлчү жана акыркы продукт мунара деп аталды. Азыр бул ыкма кислота өндүрүүдө жалгыздан алыс, анткени башка заманбап ыкмалар бар, мисалы, катуу катализаторлорду колдонуу менен байланыш. Бирок кычкылды редокс реакциясы ыкмасы менен алуу өнөр жайлык гана эмес, тарыхый мааниге да ээ, анткени дал ушундай процесс 1952-жылы декабрда Лондондун абасында өзүнөн-өзү болгон.
Антициклон андан кийин адаттан тыш суук аба ырайын алып келип, шаардыктар үйлөрүн жылытуу үчүн көмүрдү көп колдоно башташты. Бул ресурс согуштан кийин сапатсыз болгондуктан, абада көп сандагы күкүрт кычкыл газы топтолуп, атмосферадагы ным жана азот оксиди менен реакцияга түшкөн. Бул көрүнүштүн натыйжасында ымыркайлардын, кары-картаңдардын жана дем алуу органдарынын ооруларынан жабыркагандардын өлүмү көбөйдү. Иш-чара Улуу Түтүн деп аталды.
Ошентип, редокс реакцияларынын практикалык мааниси чоң. Алардын механизмин түшүнүү табигый процесстерди жакшыраак түшүнүүгө жана лабораторияда жаңы заттарга жетишүүгө мүмкүндүк берет.
