Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari. Oksidlanish-qay­tarilish reaktsiyalarining turlari

Oksidlanish-qaytarilish jarayonlari.

Reja:

1. 
   Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari.
   
2. 
   Oksidlanish-qay­tarilish reaktsiyalarining turlari.
   
3. 
   Koeffitsientlar tanlashning ikki usuli:
   

1. 
   elektron balans usuli,
   
2. 
   ion elektron usuli.
   

Oksidlanish-qaytarilish (redoks) sistemalarni yarim reaktsiya (xususiy reaktsiya) usulida ifodalash. Oksidlanish-qaytarilish potentsiali. Nerst tenglamasi. Metallarning elektro-kimyoviy kuchlanishlar qatori. Elektr toki ishtirokida hosil bo’ladigan oksidlanish-qaytarilish jarayonlari.
Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari elektronlarning atom, molekula yoki iondan ikkinchisiga o’tishi bilan xarakterlanadi. Bunda reaktsiyaga kirishayotgan komponentlarning birida elektronlar kamaysa, ikkinchisida elektronlar soni oshadi.
Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari muhim ahamiyatga ega.
Texnikada va laboratoriyada juda ko’pchilik oddiy moddalarni olish oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari asoslangan: Masalan, temir, xrom, marganets, rux, xlor, yod va boshqalar. Ammiyak, ishqorlar, kislotalar va boshqa shunga o’xshash murakkab moddalrning olinishining asosida ham oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari yotibdi.
Insoniyat Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalaridan qadimdan foydalanib kelgan, lekin uning qanday o’tishi to’g’risida ma‘lumotga ega bo’lmagan. Bu to’g’risida birinchi nazariya-flogiston nazariyasi bo’lib, u 1723 yilda nemis ximigi Shtal tomonidan yaratilgan edi. Bu nazariyaga asosan barcha yonish xususiyatiga ega bo’lgan moddalar tarkibida qandaydir boshqacharoq xususiyatga ega bo’lgan flogiston degan modda bo’lib, moddalar yonganda chiqadi: Masalan, temir kuyundisi floj.
XVIII asrning oxirida flogiston nazariyasi o’rnini kislorod nazariyasi xukm sura boshladi. Ammo 6u nazariya xam ba‘zi kislorodsiz utadigan reaktsiyalarning qanday utishiga javob bera olmadi..
Mg+CuCl₂ = Cu+MgCl₂ va boshqalarida kislorod nazariyasi o’rniga elektron naeariyasi vujudga keldi. Bu nazariya quyidagilarga asoslanadi:
1) Atom, molekula va ionlarning elektronlarining berib yubo-
rishiga oksidlanish protsessi deyiladi.
Ca - 2e^- - - > Ca²⁺
Sn²⁺ - 2e^- - - > Sn⁴⁺
2) Atom, molekula va ionlarning elektronlarning qabul qil-
gan qaytarilishi protsessi deyiladi.
S²⁺ + 2e - - > S^2- ; Ca ²⁺ + 2e - - > Ca
3) Elektronlarning qabul qilib oladigan atom, molekula va
ionlarga qaytaruvchilar deyiladi.
4) Elektronlarni berib yuboradigan atom, molekula va ionlarga qaytaruvchilar deyiladi.
Oksidlovchi reaktsiya vaqtida qaytariladi, qaytaruvchi esa oksidlanadi. Shuning uchun bu har ikkala protsesni qisqa qilib oksidlanish qaytarilish reaktsiyalari (protsesslari) deb ataladi.
Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari uch gruppachaga bo’linadi:
1) Atomlararo, molekulalararo, ionlararo oksidlanish-qaytari-
lish reaktsiyalari
2Sa + O₂ = 2SaO
N₂ + S1₂ = 2NS1
Fe + CuSO₄ = Cu + FeSO₄
2) Disproportsional reaktsiyalar
HNO₂ + 2 HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O
2K₂MnO₄ + K₂MnO₄ + 2H₂O = 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH
3) Molekulyar ichida utadigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari
2KClO₃ = 3O₂ + 2KCl
2Ag₂O = O₂ + 4Ag
Oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarini tenglamalrini tuzishda ikkita metoddan foydalaniladi. Elektron balans usuli, ion elektron usulidir.
Ikkala metodda ham elektronlarni bergani soni bilan qabul qilgan elektronlarini umumiy yig’indisi teng bo’lishi kerak.
Elektron balans usuli. Bu usulda elektronlarni, ya‘ni uzgaruvchan valentga ega bo’lgan elementlarni oksidlovchi va qaytaruvchilarni ko’rib chiqamiz:
Masalan: KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ - - > MnSO₄ + K₂SO₄ + Fe₂ (SO₄)₃ + H₂O
Mn⁺⁷ + 5e = Mn²⁺ | K2=2
Fe²⁺ - 1e = Fe³⁺ | F 2=10
Bu yerda KMnO₄ oksidlovchi , FesO₄ esa qaytaruvchidir.
2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO + K₂SO + 5Fe₂ (SO₄)₃ + 8H₂O
Bunday misollarni ko’plab keltirish mumkin. Ionno-elektronny metod.
Bu metodga yarim reaktsiyalar yordamida oksidlovchi va qaytaruvchilar olinib tenglashtiriladi.
Yuqoridagi misolda, ya‘ni:
Fe²⁺ - 1e^- = Fe³⁺ |
MnO^-₄ + 8H⁺ +5e | Mn²⁺ + 4H₂O
Oksidlanish - qaytarilish jarayonlarida oksidlanish - qaytarilish potentsiallaridan foydalaniladi.
Nerst tenglamasi
R - 8,31 dj (mol. gramm)
F - 96500 k/g - ekv
Yeo - standart elektr. pot
R - gaz doimiyligi
n - elektron soni
[OKIS] - oksidlanish
[Red] - qaytarilish
Oksidlanish-qaytarilish jarayonlarida Beketovning aktivlik qatoridan foydalaniladi.
Ular tablitsalarda keltirilgan metalar ion holda oksidlovchi, oddiy moddalar holida qaytaruvchi xossalarini uzida namoyon qiladi. Oksidlanish-qaytarilish potentsial manfiy bo’lganda. Masalan: 0,41 bunday hollarda suvdan vodorodan siqib chiqaradi.
Metallarni aktivlik qatorini quyidagi umumiy formula bi-
lan ifodalash mumkin. .
M²⁺ +2ye^- = M
hamda metalarning elektro-kimyoviy kuchlanishlar qatorini hosil qilish mumkin.
Anorganiq ximiyadagi barcha reaksiyalarni ikki turga bo'lish mumkin;
1. Reaksiyaga kirishuvchi elementlarning oksidlanish darajasi uzgarmay koladigan reaksiyalar.
2. Oksidlanish darajasi uzgarishi bilan boradigan reaksiyalar.
Birinchi tur reaksiyalarga almashinish, parchalanish va birikish reaksiyalari misol bula oladi. Masalan:
HCl + KOH =KCl + H₂O
CaCO₃ CaO + CO₂
SO₃ + H₂O = H₂SO₄.
Bu misollarda xech qaysi elementning oksidlanish darajasi uzgarmaydi.
Ikkinchi tur reaksiyalariga sikib chikarish va boshqa reaksiyalar misol bo'ladi. Bunday reaksiyalar oksidlanish-kaytarilish reaksiyadari deyiladi. Ularda elektronlar bir atom yoki ionlardan ikkinchi atom yoki ionlarga o'tadi. Uziga elektron biriktirib olgan atom, ion, molekulalar oksidlovchi deb, elektron yukotadigan atom, ion, molekulalar kaytaruvchi deb ataladi. Elektron biriktirib olish prosessi-kaytarilish prosessi deb, elektron berish prosessi-oksidlanish prosessi deyiladi. Demak, oksidlovchi kaytariladi va kaytaruvchi oksidlanadi.
Mg⁰ + CI ₂⁰ = Mg²⁺CI₂^1-
H₂⁰ + Cu²⁺O^2- = H₂¹⁺O^2- +Cu⁰
Element atomi oksidlanganda uning oksidlanish darajasi ortadi, kaytarilganda esa oksidlanish darajasi pasayadi.
Masalan, Sn²⁺-2e = Sn⁴⁺ prosessida kalayning oksiddanish darajasi +2 dan +4 gacha ortdi, Cr⁶⁺ +3e =Cr³⁺ prosessida xromning oksidlanish darajasi +6 dan +3 gacha kamayadi.
Element atomi o'zining eng yuqori oksidlanish darajasida (masalan S⁶⁺, P⁵⁺, Cu²⁺, Mn⁷⁺ ionlarda) boshqa elektron yukota olmaydi va faqat oksidlovchi xossasini nomayon qiladi. Va aksincha, element atomi o'zining eng kichik oksidlanish darajasida o'ziga elektron kabul kila olmaydi va faqat kaytaruvchi (masalan, S^2-, N^3-, Cl^-, P^3-, J^- ionlari) xossasini namoyon qiladi. Agar element atomi o'zining o'rtacha oksidlanish darajasiga ega bulsa, u eritmaning muxitiga qarab yo oksidlovchi yoki kaytaruvchi xossasini namoyon qiladi.
Kaytaruvchidan oksidlovchiga elektronlar utganda odatda reaksiyada ishtirok etayotgan elementning valentligi uzgaradi. Lekin oksiddanish-kaytarilish reaksiyalarida element valentligi uzgarmay kolishi mumkin. Masalan:
1. H₂⁰ + Cl₂⁰ = 2HCl 2. CH₄ + 2O₂ = CO₂ + H₂O
Birinchi reaksiyada vodorod va xlorning valentligi reaksiyadan oldin xam keyin xam birga teng. Metanning yonish reaksiyasida uglerod, kislorod va vodorodlarning valentliklari uzgarishsiz kolyapti. Lekin bu reaksiyalarda atomlarning xolatdari uzgaradi. Demak, molekulada atom xolatini valentlik tushunchasi tupik ifodalay olmaydi. Shuning uchun xam, oksidlanish-kaytarilish reaksiyadarida oksidlanish darajasi tushunchasidan foydalanish maqsadga muvofiq bo'ladi. Valentlik kovalent bog'lanishda (musbat yoki manfiy) ishoraga ega emas. U faqat bog'lanish sonini kursatadi. Ximiyaviy bog'lanishda esa elektronlar elektrmanfiyrok element atomiga siljigan bo'ladi, natijada atomlar ma'lum zaryadga ega bo'ladi.
Kuyidagi misollar valentlik bilan oksidlanish darajasi orasidagi farqni yakkol kursatadi.
1. Azot molekulasida ikkita azot (N=N) atomi o'zaro uch juft elektron orqali birikkan. Uning oksidlanish darajasi nolga teng. Chunki ximiyaviy bog' xosil kilgan umumiy elektron jufti xar ikki azot atomidan bir xil masofada joylashgan.
2. Gidrazin-N₂H₄ molekulasida, xar bir azot atomining valentligi 3 ga teng, oksidlanish darajasi esa minus 2ga teng, chunki;

xar bir azot-vodorod bog'da umumiy electron jufti azot atom tomonga siljigan.
3. Oksidlanish darajasi musbat, manfiy, nol va kasrli bo'lishi mumkin.
Umumiy elektron juftini o'ziga tortgan elektr manfiyrok element manfiy (-) va ikkinchi element musbat (+) oksidlanish darajasiga ega. Ximiyaviy birikmada yoki eritmada xakikiy bo'lgan ionlarni kursatish uchun musbat va manfiy ishorasi rakamdan keyin yoziladi.
Masalan: Fe³⁺, Mn²⁺, SO₄^2-, MnO^-₄ ,Cl^- , Na⁺ va boshqalar.
Ximiyaviy birikmalarda atomning oksidlanish darajasini aniqlashda kuyidagi qonundan foydalaniladi.
1. Oddiy moddalarda atomning oksidlanish darajasi nolga teng (H₂, O₂,Fe, S).
2. Metallar xamma vaqt musbat oksidlanish darajasiga ega.
3. Vodorod, gidridlardan tashqari xamma birikmalarda +1, gidridlarda esa -1 oksidlanish daraja namoyon etadi.
4. Kislorod birikmalarda (OF₂ dan tashqari) -2 oksidlanish daraja namoyon etadi. Peroksid (-0-0-gruppali) larda esa kislorodning oksidlanish darajasi -1 ga teng.
5. Metallamaslarni oksiddanish darajasi xam musbat, xam manfiy bo'lishi mumkin.
Bu ma'lumotlarga asoslanib murakkab birikmalardagi atomlarning oksidlanish darajasini xisoblab topish mumkin, bunda molekuladagi atomlar oksidlanish darajalarining algebraik yigindisi doimo nolga, murakkab ionda esa ionning zaryadiga teng bo'lishini e'tiborga olish kerak. Misol, H₂SO₄ dagi oltingugurtning oksidlanish darajasini xisoblab topamiz.
H⁺₂ O^2-₄
(+1)*2 + x + (-2)*4 = 0 x=+6
Demak, oltingugurtning oksidlanish darajasi +6 ga teng.
Uziga elektron kabul qilib, davriy sistema qatoridagi inert gazning elektron strukturasiga ega bo'lgan yoki manfiy zaryadlangan ionlar xosil kiluvchi neytron atomdar oksidlovi bo'ladi. Masalan, gologenlarning neytrol atomlari F₂, Cl₂, Br₂, J₂ oksidlovchi funksiyasini bajarib, manfiy zaryadlangan F₂, Cl₂, Br₂, J₂ ionlarga aylanadi.
Galogenlardan ftor va xlor kuchli oksidlovchi xisoblanadi.
Asosiy oksidlovchilarga yana kislorod, oltingugurt va boshqalar misol bula oladi. Ba'zi metall ionlari uzlarining eng yuqori valentliklarida (masalan. Nr⁴⁺, Cr⁶⁺, Pb⁴⁺) oksidlovchi bo'lishi mumkin.
Erkin xolda barcha metallar, asosan ishkoriy (Li, Na, K, Rb, Cs) va ishkoriy-yer (Ca, Sr, Ba) metallari, kislorodsiz kislota koldiklarining ionlari (J^-,Br^-,S₂) xamda gidridlar (KH, NaH, CaH₂ ) kaytaruvchi bo'ladi. Shuni nazarda tutish kerakki, oksidlovchi bilan kaytaruvchi urtasida keskin chegara yuk, bitta modda bir sharoitda oksidlovchi, ikkinchi sharoitda esa kaytaruvchi bo'lishi mumkin. Masalan, temir sulfid xosil bo'lish reaksiyasida S + Fe = FeS oltingugurt -S elektron kabul qilib oksilovchi, lekin S + 2HNO₃ = H₂SO₄ +2NO reaksiyada esa elektron berib kaytaruvchi xossasini namoyon qiladi.
Oksidlanish kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda elektron-balans va ion-elektron (yarim reksiyalar) metodlaridan foydalaniladi.
1. Elektron-balans metodi yordamida oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda oksidlovchi va kaytaruvchilarni kabul kilgan va yukotgan elektronlar sonini aniqlash kerak. Kaytaruvchining yukotgan va oksidlovchining kabul kilgan elektronlar soni reaksiyadan oldin va keyin atom, ionlarning oksidlanish darajasi uzgarish bilan aniqlanadi. Kaytaruvchining umumiy yukotgan elektronlar soni, oksidlovchining umumiy kabul kilgan elektronlar soniga teng bo'lishi kerak.
AI + O₂- AI₂O₃
A1 - 3e = A1³⁺ 3 4 - kaytaruvchi
O₂ + 4e = 2O ^2- 4 3 - oksidlovchi.
4AI + 3O₂ = 2AI₂O₃
P + HNO₃ = H₃PO₄ + NO
P⁰ - 5e = P⁵⁺ 5 3 -kaytaruvchi
N⁵⁺ + 3e = N²⁺ 3 5-oksidlovchi.
3P + 5HNO₃ = 3H₃PO₄ + 5NO
Reaksiyaning ung va chap tomonidagi atomlar sonini xisoblash tenglamaning chap tomonidan vodorod va kislorod atomlari o'zaro teng emasligini kursatadi. Bu xolda tenglamaning chap tomoniga suv molekulalari yoziladi va reaksiyaning tenglamasi kuyidagi kurinishga ega bo'ladi.
3PQ5HNO3Q2N2 Oq3N3RO4 Q5NO
Ba'zi bir xollarda metall oksidlanganda tuz xosil bo'ladi, bunday xolda reaksiyaga kislota molekulasidan ortikcha mikdorda olinadi. Masalan;
Cu + HNO₃ =Cu (NO₃)₂ + NO + H₂O
Cu⁰-2e = Cu²⁺ 2 3-kaytaruvchi
N⁵⁺-3e = N²⁺ 3 2-oksidlovchi.
3Cu + HNO₃ = Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O
Tenglamaning ung qismida 8 ta. chap qismida 2 ta, ya'ni uch molekula tuz xosil bo'lishida ishtirok etayogan 6 ta azot atomi yetishmaydi, bundan yana nechta suv molekulasi yozish kerakligi aniqlanadi va reaksiya tenglamasi kuyidagi kurinishga ega bo'ladi;
3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
Eritmada boradigan oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining to'lik molekulyar tenglamalarini tuzishda elektron-balans metodidan foydalanib oksidlanish darajasi tushunchasini ishlatish o'zining fizik ma'nosini yukotadi. Chunki elektron balans metodida ishlatiladigan Cr^6+, Mn⁷⁺, N⁵⁺ va boshqa kationlar eritmada umuman bo'lmaydi. Ular suvli eritmada suvning kislorodi bilan birikib, CrO₄^2-, MnO₄^2-, NO₃^- ionlari xolida mavjud bo'ladi.
Bundan tashqari, elektron-balans metodi oksidlanish-kaytarilish prosessida gidrosid va vodorod ionlari xolida suv molekulalarining rolini kursatmaydi. Shuning uchun xam suvli eritmalarda boradigan oksidlanish-kaytarilish reaksiyalarining tenglamalarini tuzishda ion-elektron metodidan foydalanish maqsadga muvofiqdir. Bu metodda koeffisiyentlar ion-elektron tenglama yerdamida topiladi. Ion-elektron tenlamaning elektron-balans tenglamadan farqi shuki, unda elektrolitik dissosilanish nazariyasiga binoan suvli eritmada xakikatan mavjud bo'lgan ionlar yoziladi.