Օքսիդավերականագնման (վերօքս) ռեակցիաներ

Վերօքս (օքսիդավերականգնման) ռեակցիան քիմիական ռեակցիայի տեսակ է, որի ընթացքում տեղի է ունենում էլեկտրոնների անցում երկու կառուցվածքային միավորների միջև։

Մենք կարող ենք ասել, որ տեղի է ունեցել էլեկտրոնների անցում, եթե օքսիդացման աստիճանի որևէ փոփոխություն է եղել ելանյութերում և վերջանյութերում։

Վերօքս ռեակցիաներն ամենուր են։ Ձեր օրգանիզմը վերօքս ռեակցիաների միջոցով սնունդը և թթվածինը փոխակերպում է էներգիայի, ջրի և $\text {CO}_2$start text, C, O, end text, start subscript, 2, end subscript-ի, որը մենք հետո արտաշնչում ենք։ Էլեկտրոնային սարքերի մարտկոցները ևս հիմնված են վերօքս ռեակցիաների վրա, որոնց մասին ավելի մանրամասն կխոսենք, երբ ուսումնասիրենք Էլեկտրաքիմիա։ Կարո՞ղ եք բերել Ձեր շուրջը տեղի ունեցող այլ վերօքս ռեակցիաների օրինակներ

Վերօքս ռեակցիաների հետ կապված որոշ տերմիններ դուք պետք է կարողանաք հեշտորեն կիրառել։ Այդ տերմինները կարող ենք ուսումնասիրել հետևյալ ռեակցիայի օրինակի վրա․

Ահա որոշ հարցեր, որոնց պետք է կարողանանք պատասխանել․

$1.~$1, point, space Արդյոք այս ռեակցիան օքսիդավերականգմա՞ն է, և ինչպե՞ս կարող ենք դա որոշել։
$2.~$2, point, spaceԵթե այս ռեակցիան վերօքս է, ի՞նչն է վերականգնվում, և ի՞նչն է օքսիդանում։ $3.~$3, point, spaceՈ՞րն է տվյալ ռեակցիայի վերականգնիչը։
$4.~$4, point, spaceՈ՞րն է տվյալ ռեակցիայի օքսիդիչը։

Հարց $1$1
Ելնելով այս հոդվածի վերնագրից՝ կարող ենք կռահել այս հարցի պատասխանը։ Այո, սա հավանաբար վերօքս ռեակցիա է, բայց ինչպե՞ս համոզվենք դրանում։ Մենք պետք է ցույց տանք, որ տեղի է ունեցել էլեկտրոն(ներ)ի անցում և դա կարող ենք անել՝ ստուգելով, թե արդյո՞ք տեղի է ունեցել որևէ տարրի օքսիդացման աստիճանի փոփոխություն, երբ ելանյութերից ստացվել են վերջանյութեր:

Եթե մենք գտնենք օքսիդացման աստիճանները ելանյութերի և վերջանյութերի յուրաքանչյուր ատոմի համար, ապա կստանանք հետևյալը․

Հարց $1$1-ի երկրորդ մասին պատասխանելու համար մենք կարող ենք օգտագործել օքսիդացման աստիճանները՝ ցույց տալու համար, որ ածխածնի և երկաթի օքսիդացման աստիճաններն էլեկտրոնների անցման հետևանքով փոխվում են։

Հարց $2$2
Ածխածինն օքսիդանում է, քանի որ կորցնում է էլեկտրոններ, և օքսիդացման աստիճանն աճում է $0$0-ից $+4$plus, 4։
Երկաթը վերականգնվում է, քանի որ այն ստանում է էլեկտրոններ, և օքսիդացման աստիճանը նվազում է $+3$plus, 3-ից $0$0:

Հարց $3$3
Վերականգնիչն այն ելանյութն է, որն օքսիդանում է (բերելով այլ մասնիկի վերականգնման), այսպիսով՝ $\text C(պ)$start text, C, end text, left parenthesis, պ, right parenthesis-ը վերականգնիչ է։

Հարց $4$4
Օքսիդիչն այն ելանյութն է, որը վերականգնվում է (բերելով այլ մասնիկի օքսիդացման), այսպիսով՝ $\text{Fe}_2 \text O_3(պ)$start text, F, e, end text, start subscript, 2, end subscript, start text, O, end text, start subscript, 3, end subscript, left parenthesis, պ, right parenthesis-ն օքսիդիչ է։

Մենք պետք է կարողանանք ճանաչել վերօքս ռեակցիաները, քանի որ վերջիններս քիմիական ռեակցիաների կարևոր դաս են կազմում: Գոյություն ունեն վերօքս ռեակցիաների մի քանի տեսակ, որոնց հետ հավանաբար կցանկանաք ծանոթանանալ: Յուրաքանչյուր օրինակի համար դադար տվեք՝ հասկանալու, թե ինչն է վերականգնվում և օքսիդանում։

$1.~$1, point, spaceԱյրման ռեակցիաներ

Այրումը միացությունների և մոլեկուլային թթվածնի միջև ($\text O_2$start text, O, end text, start subscript, 2, end subscript) տեղի ունեցող վերօքս ռեակցիա է, որի արդյունքում առաջանում են թթվածին պարունակող նյութեր։ Երբ ելանյութերից մեկն ածխաջրածին է, ապա ստացվող վերջանյութերում կլինեն նաև ածխածնի երկօքսիդն ու ջուրը։

Հետևյալ փոխարկումն օկտան ածխաջրածնի այրման ռեակցիան է: Օկտանը բենզինի բաղադրիչներից է: Այս այրման ռեակցիան տեղի է ունենում գրեթե բոլոր մեքենաների շարժիչներում։

$2.~$2, point, spaceԱնհամամասնական ռեակցիաներ

Անհամամասնական ռեակցիաներում (կամ ինքնաօքսիդացման-ինքնավերականգնման ռեակցիա) առկա է մեկ ելանյութ, որը և՛ օքսիդանում է, և՛ վերականգնվում։ Ստորև նշված ռեակցիան հիպոքլորիտ իոնի՝ $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript, մասնակցությամբ անհամամասնական ռեակցիա է։

Երբ մենք վերլուծում ենք քլորի օքսիդացման աստիճանը, տեսնում ենք, որ ելանյութը՝ $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript, օքսիդանում է մինչև $\text{ClO}_3^-$start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript (քլորի օքսիդացման աստիճանը աճում է $+1$plus, 1-ից $+5$plus, 5)։ Միաժամանակ քլորն $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript-ի այլ մոլեկուլներում վերականգնվում է մինչև $\text{Cl}^-$start text, C, l, end text, start superscript, minus, end superscript (քլորի օքսիդացման աստիճանը նվազում է $+1$plus, 1-ից մինչև $-1$minus, 1)։ Թթվածնի օքսիդացման աստիճանը $-2$minus, 2 է թե՛ $\text{ClO}^-$start text, C, l, O, end text, start superscript, minus, end superscript և թե՛ $\text{ClO}_3^-$start text, C, l, O, end text, start subscript, 3, end subscript, start superscript, minus, end superscript իոներում, հետևաբար այս ռեակցիայում այն ո՛չ օքսիդանում է, ո՛չ վերականգնվում։

$3.~$3, point, spaceՏեղակալման ռեակցիաներ

Տեղակալման ռեակցիաների ժամանակ, որոնք տեղի են ունենում պարզ և բարդ նյութերի միջև, պարզ նյութը կազմող ատոմները տեղակալում են բարդ նյութը կազմող տարրերի ատոմներից որևէ մեկը: Օրինակ՝ շատ մետաղներ փոխազդում են նոսր թթուների հետ՝ առաջացնելով աղեր և ջրածին գազ։ Հետևյալ քիմիական ռեակցիան ցույց է տալիս, թե ինչպես է ցինկը տեղակալում ջրածինը՝ մետաղական ցինկի և աղաթթվի ջրային լուծույթի միջև տեղակալման ռեակցիայում.

Վերօքս ռեակցիաները կարելի է բաժանել վերականգնման և օքսիդացման կիսառեակցիաների։ Քիմիկոսներն օգտագործում են կիսառեակցիաները, որպեսզի ավելի տեսանելի դարձնեն էլեկտրոնների անցումը, ինչը հեշտացնում է քիմիական ռեակցիայի հավասարեցումը: Եկեք գրենք կիսառեակցիաները մեկ այլ վերօքս ռեակցիայի օրինակի համար․

Արդյո՞ք վերը նշված ռեակցիան հավասարեցված է։ Կարծես թե մեր ատոմների թիվը հավասարեցված է. ունենք $1\,\text {Al}$1, start text, A, l, end text-ի ատոմ և $1\,\text {Cu}$1, start text, C, u, end text-ի ատոմ ռեակցիայի յուրաքանչյուր կողմում։ Ինչևէ, երբ ստուգում ենք լիցքերը, տեսնում ենք, որ ելանյութերի կողմում այն $2+$2, plus է, իսկ վերջանյութերի կողմում՝ $3+$3, plus։ Մենք պետք է համոզված լինենք, որ հավասարեցված են ինչպես ատոմների թիվը, այնպես էլ՝ լիցքերը։ Ռեակցիան հավասարեցնելու համար մենք կօգտագործենք կիսառեակցիաների մեթոդը.

Վերականգնման կիսառեակցիա։ Վերականգնման կիսառեակցիայում ներկայացված են այն ելանյութերն ու վերջանյութերը, որոնք մասնակցում են վերականգնման փուլին։ Քանի որ $\text {Cu}^{2+}$start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-ը վերականգնվում է մինչև $\text{Cu}(պ)$start text, C, u, end text, left parenthesis, պ, right parenthesis, պետք է սկսենք գրառել այդ փուլը.

Այնուամենայնիվ, սա ճիշտ կիսառեակցիա չէ, քանի որ լիցքերը հավասարեցված չեն։ Ելանյութի կողմում ընդհանուր լիցքը $2+$2, plus է, իսկ վերջանյութի կողմում՝ $0$0։ Լիցքերը կարող ենք հավասարեցնել ներառելով անցում կատարած էլեկտրոնները, որից հետո կստանանք վեարականգնման ճիշտ կիսառեակցիան

Հավասարեցված կիսառեակցիան մեզ ցույց է տալիս, որ յուրաքանչյուր $\text{Cu}^{2+}$start text, C, u, end text, start superscript, 2, plus, end superscript-ը ստանում է $2 e^-$2, e, start superscript, minus, end superscript՝ առաջացնելով $\text{Cu}^0$start text, C, u, end text, start superscript, 0, end superscript։ Իսկ որտեղի՞ց են այդ էլեկտրոնները գալիս։ Կարող ենք գնալ էլեկտրոնների հետքերով դեպի օքսիդացման կիսառեակցիա։

Օքսիդացման կիսառեակցիա։ Օքսիդացման կիսառեակցիայում ներկայացված են այն ելանյութերն ու վերջանյութերը, որոնք մասնակցում են օքսիդացման փուլին։ Այս ռեակցիան ներառում է $\text {Al}(պ)$start text, A, l, end text, left parenthesis, պ, right parenthesis-ի օքսիդացումը մինչև $\text {Al}^{3+}$start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript: Մենք պետք է համոզվենք, որ կիսառեակցիայի աջ և ձախ մասերում լիցքերը հավասար են.

Օքսիդացման կիսառեակցիան ցույց է տալիս, որ $\text {Al}(պ)$start text, A, l, end text, left parenthesis, պ, right parenthesis-ի յուրաքանչյուր ատոմ կորցնում է $3e^-$3, e, start superscript, minus, end superscript՝ առաջացնելով $\text {Al}^{3+}$start text, A, l, end text, start superscript, 3, plus, end superscript:

Վերջնական հավասարեցված ռեակցիան ստանալու համար մենք կգումարենք արդեն հավասարեցված կիսառեակցիաները, սակայն այստեղ առկա է ևս մեկ հարց, որն անհրաժեշտ է ստուգել։ Էլեկտրոններն ընդհանուր հավասարման մեջ պետք է կրճատվեն։ Այլ կերպ ասած՝ մենք պետք է վստահ լինենք, որ օքսիդացման կիսառեակցիայում առաջացած բոլոր Էլեկտրոններն, օգտագործվում են վերականգնման կիսառեակցիայում։ Հակառակ դեպքում կունենանք ազատ լողացող մոլորված էլեկտրոններ։ Դա նշանակում է, որ օքսիդացման կիսառեակցիայում ատոմ(ներ)ի կողմից կորցրած էլեկտրոն(ներ)ի թիվը պետք է հավասար լինի վերականգնման կիսառեակցիայում ատոմ(ներ)ի կողմից ստացած էլեկտրոն(ներ)ի թվին:

Կարող ենք վերականգնման կիսառեակցիան բազմապատկել $3$3-ով, իսկ օքսիդացմանը՝ $2$2-ով, և արդյունքում երկու կիսառեակցիաների միջև անցում կատարած էլեկտրոնների թիվը հավասար կլինի $6$6-ի․

Այժմ, երբ յուրաքանչյուր կիսառեակցիայում ունենք հավասար թվով էլեկտրոններ, մենք կարող ենք գումարել դրանք՝ վերջնական հավասարեցված քիմիական ռեակցիան ստանալու համար։

Վերջում կարող ենք ստուգել՝ միգուցե որևէ ելանյութ կամ վերջանյութ երկու կողմում էլ առկա է։ Քանի որ տվյալ դեպքում դա այդպես չէ, մենք ավարտել ենք։ Մեր ռեակցիան հավասարեցված է ինչպես ըստ զանգվածի, այնպես էլ՝ ըստ լիցքերի:

Օքսիդացման աստիճանների փոփոխությունները ստուգելով՝ մենք կարող ենք ճանաչել վերօքս ռեակցիաները: Վերջիններս կարող են բաժանվել օքսիդացման և վերականգնման կիսառեակցիաների։ Մենք կարող ենք օգտագործել կիսառեակցիաների մեթոդը՝ վերօքս ռեակցիաները հավասարեցնելու համար, որը պահանջում է թե՛ զանգվածների, թե՛ լիցքերի հավասարեցում։ Վերօքս ռեակցիաների երեք հիմնական տեսակներն են այրման, անհամամասնական և տեղակալման ռեակցիաները։