O‘zbekiston respublikasi xalq ta’limi vazirligi a. Avloniy nomidagi xalq ta’limi muammolarini o‘rganish va istiqbollarini belgilash ilmiy-tadqiqot instituti

I. BOB. Oksidlanish – qaytarilsh reaksiyalari haqida bilimlarning nazariy asoslari
1.1. Oksidlanish –qaytarilish reaksiyasining asosiy qoidalari va eng muhim oksidlovchi va qaytaruvchilar
Kimyo tехnоlоgiyasidа elеktr tоki bilаn bоg’liq bo’lgаn ko’pginа jаrаyonlаr uchrаydi. Elеktrkimyo zаvоdlаri, elеktrkimyo kоmbinаtlаri vа ishlаb chiqаrish birlаshmаlаridа аnа shundаy jаrаyonlаr аmаlgа оshirilаdi.
Elеktr tоki bilаn bоg’liq bo’lgаn kimyoviy rеаksiyalаr оrаsidаgi bоg’lаnishlаrni elеktrоkimyo o’rgаnаdi.
Elеktrоkimyoviy jаrаyon sаnоаtdа, tехnikа vа turmushdа kеng tаrqаlgаn. Elеktr bаtаrеyalаr, аkkumulyatоrlаr tаyyorlаsh, mеtаllаrni elеktr tоki yordаmidа аjrаtib оlish, mеtаll qоplаmаlаr оlish uchun mеtаllаrni cho’ktirish, mеtаllаr kоrrоziyasi kаbi vа bоshqа qаtоr elеktrоkimyoviy jаrаyonlаr shulаr jumlаsidаndir. O’zbеkistоndа elеktrоkimyo jаrаyonlаrini А.M.Murtаzаеv,F. Q. Qurbоnоv, S . Eshоnхo’jаеvlаr o’rgаnishdi.
Elеktr tоki elеktr zаryadlаrining ko’chishi bilаn bоg’liqdir. Shu sаbаbli elеktrоkimyodа elеktrоnlаrning bir mоddаdаn ikkinchisigа o’tishii bilаn bоg’liq bo’lgаn rеаksiyalаr o’rgаnilаdi. Bundаy rеаksiyalаr оksidlаnish-qаytаrilish rеаksiyalаri dеyilаdi.
Oksidlanish- qaytarilish reaksiyalari tabiatda keng tarqalgan bo’lib ularga nafas olish, oksidlanish, fotosintez kabi reaksiyalarni olish mumkin. Analitik kimyoda keng qo’llaniladigan oksidometriya oksidlanish-qaytarilish reaksiyalariga asoslangan bo’lib, eritmadagi oksidlovchi va qaytaruvchilarning miqdorini hajmiy analiz bilan aniqlash usulidir.
Oksidometriya farmatsiyada, biologik kimyoda, tibbiiy va klinik tekshiruvlarda, masalan, Cu²⁺, K⁺ ionlari konsentratsiyasini, atseton, gidroxinon, antipirin, askorbin kislotani, fermentlardan katalaza peroksidini aniqlashda keng qo’llaniladi.
Barcha kimyoviy reaksiyalarni ikkiga bo’lish mumkin. Birinchi xil reaksiyalarda jarayonda ishtirok etayotgan moddalar tarkibidagi elementlarning oksidlanish darajasi o’zgarmay qoladi. Masalan, neytrallanish reaksiyasi, almashishish, ba’zi parchalanish va birikish reaksiyalarini olish mumkin:
HCl+NaOH =NaCl+H₂O
MgCO₃= MgO+CO₂↑
CaCl₂+ K₂CO₃ =2KCl+CaCO₃↓
SO₃+ H₂O= H₂SO₄
Oksidlanish darajasi atomning molekuladagi shartli zaryadi bo’lib, u mole kula hosil qilishda atom nechta elektron bergani yoki olganini ko’rsatadi. Oksid-lanish darajasi umumlashgan elektron juftning elektomanfiyligi kattaroq element atomi tomon siljishi tufayli vujudga keladi. Elektron juftni o’z tomoniga siljitgan element atomi manfiy oksidlanish darajasiga, o’zining elektron juftini berayotgan element atomi esa musbat oksidlanish darajasiga ega bo’ladi. Oksidlanish darajasi musbat, manfiy yoki nolga teng bo’lishi mumkin. Ba’zan kasr oksidlanish darajasiga ega bo’lgan elementlar ham uchraydi.
Barcha oddiy moddalar uchun oksidlanish darajasi nolga teng. P⁰, Cl₂⁰, H₂⁰, C⁰, Al⁰, Cr⁰ va hokazo.
Vodorodni birikmalardagi oksidlanish darajasi +1 ga teng. Faqat metal gidridlarida vodorodni oksidlanish darajasi -1ga teng (K⁺¹ H^-1, Ca⁺² H^-2, Al⁺³H₃^-1).
Kislorodning oksidlanish darajasi ko’pchilik birikmalarda -2 bo’ladi: H₂O^-2, PbO₂^-2, HNO₃^-2, KMnO₄^-2 va hokazo. Faqat peroksidlarda kislorodning oksidlanish darajasi -1 ga teng: H₂O₂^-1, Na₂O₂^-1, BaO₂^-1 va boshqalar. Faqat birgina birikma, u ham bo’lsa OF₂ da kislorodning oksidlanish darajasi +2 ga teng bo’ladi.
Metallarning oksidlanish darajasi har doim musbat va odatda son jihatdan metallning valentligiga teng : Na⁺¹₂SO₄, Ca⁺²(NO₃)₂, Al⁺³₂(SO₄)₃ va boshqalar.
Agar murakkab modda ikkita elementdan tashkil topgan bo’lsa bu elementlarning oksidlanish darajasi valentlikka teng, lekin u + yoki - ishoraga ega bo’ladi. Masalan, H⁺Cl^-, H₂⁺S^-2, S⁺⁶O₃^-2, Mn₂⁺⁷O₇^-2 va boshqalar.
Murakkab moddani tashkil etgan atomlarning oksidlanish darajalari yig’ndisi nolga teng.
Masalan, H₂⁺¹S⁺⁶O₄ ^-2 =+2+6-4x2= +8-8=0; H₃PO₄ da fosforning oksidlanish darajasi +5; H ⁺¹, O^-2. Vodorod va kislorodning oksidlanish darajalari yig’indisidan oksidlanish darajasi noma’lum element topiladi. HMnO₄; H⁺¹, O^-8; +1-8=+7 +7 marganesning oksidlanish darajasini ko’rsatadi.
Murakkab ionlarda atomlar oksidlanish darajalarining yig’indisi ion zaryadiga teng. NH₄⁺(-3+4=+1), MnO₄^- (+7-8=-1), Cr₂O₇ ^2- (+12-14=-2), SO₄ ^2-(+6-8=-2), PO₄ ^3- ( +5-8=-3) va hokazo.
Bir elementni oksidlanish darajasining qiymati bir nechta bo’lishi mumkin. H₂S,S, SO₂, SO₃, H₂SO₃, H₂SO₄ dagi oltingugurtni oksidlanish darajasi -2, O, +4, +6, +4 va +6 ga teng. Ularni ichida eng kichik oksidlanish darajasiga ega bo’lgan element birikmasi (H₂S) qaytaruvchi va eng yuqori oksidlanish darajasiga ega bo’lgan element birikmasi (SO₃, H₂SO₄) oksidlovchi bo’ladi.
NH₃, N₂, N₂O, NO, N₂O₃,NO, N₂O₅, HNO₂ va HNO₃ birikmalardagi azotning oksidlanish daragasi -3, O, +1, +2, +3, +4, +5, +3 va +5 ga teng. Bu birikmalardan -3 oksidlanish darajasiga ega bo’lgan birikma (NH₃) qaytaruvchi va +5 oksidlanish darajasiga ega bo’lgan birikma (HNO₃, N₂O₅) oksidlovchilardir.
Ba’zi bir birikmalar, masalan, Fe₃O₄ da kislorodning oksidlanish darajasi -2, lekin Fe uchun bunday hisoblash kasr son +8|3 ga teng.
Organik birikmalarda ham oksidlanish darajasini topish ancha qiyinroq hisoblanadi. Masalan, CH₃COOH da C^-3 va C⁺³ ga teng.
CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ birikmada uglerod atomlarining oksidlanish darajasi -3, -2, -2, -3 ga teng.
Anorganik kimyodagi barcha reaksiyalarni ikki turga bo‘lish mumkin:
1. Reaksiyaga kirishuvchi elementlarning oksidlanish darajasi o’zgarmay qoladigan reaksiyalar,
2. Oksidlanish darajasi o‘zgarishi bilan boradigan reaksiyalar.
Birinchi tur reaksiyalarga almashinish, parchalanish va birikish reaksiyalari misol bo‘la oladi. Masalan:
НСl+КОН=КСl+Н₂O
CaCO₃→CaO+CO₂
Bu misollarda hech qaysi elementning oksidlanish darajasi o‘zgarmaydi.
Ikkinchi tur reaksiyalarga siqib chiqarish va boshqa reaksiyalar misol bo‘la oladi. Bunday reaksiyalar oksidlanish –qaytarilish reaksiyalari deyiladi. Ularda elektronlar bir atom yoki ionlardan ikkinchi atom yoki ionlarga o‘tadi.
O’ziga elektron biriktirib olgan atom, ion, molekulalar oksidlovchi deb, elek-tron yo‘qotadigan atom, ion, molekulalar qaytaruvchi deyiladi. Elektron biriktirib olish jarayoni–qaytarilish jarayoni deb, elektron berish jarayoni –oksidlanish jarayoni deyiladi.
Demak oksidlovchi qaytariladi, va qaytaruvchi oksidlanadi. Oksidlanish–qaytarilish bir-biriga bog‘liq jarayonlardir. Masalan:
|-2e-↓ |-2 e- ↓
1) Mg+Cl₂= Mg²⁺Cl^-₂;
2) H⁰₂+Cu²⁺ O =H⁺₂O+Cu
Bu reaksiyada magniy xlorga elektron berib qaytaruvchi, xlor bu
elektronlarni qabul qilib oksidlovchi, ikkinchi reaksiyada esa vodorod qaytaruvchi, mis ioni oksidlovchidir.
Element atomi oksidlanganda uning oksidlanish darajasi ortadi, qaytarilganda esa oksidlanish darajasi pasayadi. Masalan:
Sn²⁺-2e= Sn⁴⁺ jarayonida qalayning oksidlanish darajasi +2 dan +4 gacha ortdi, Cr⁶⁺+3e=Cr³⁺ jarayonida xromning oksidlanish darajasi +6 dan +3 gacha kamayadi.
Element atomi o‘zining eng yuqori oksidlanish darajasida (masalan: S⁶⁺, Р⁵⁺, Cl⁷⁺, Cu²⁺, Mn⁷⁺ ionlarda) boshqa elektron yo‘qota olmaydi va faqat oksidlovchi xossasini namoyon qiladi. Va aksincha, element atomi o‘zining eng kichik oksid-lanish darajasida o’ziga elektron qabul qila olmaydi va faqat qaytaruvchi xossasini namoyon qiladi. Agar element atomi o‘zining o‘rtacha oksidlanish darajasiga ega bo‘lsa, u eritmaning muhitiga qarab yo oksidlovchi yoki qaytaruvchi xossasini namoyon qiladi.
Qaytaruvchidan oksidlovchiga elektronlar o‘tganda odatda reaksiyada ishti-rok etayotgan elementlarning valentligi o‘zgaradi. Lekin oksidlanish–qayta-rilish reaksiyalarida element valentligi o‘zgarmay qolishi mumkin. Masalan:
H₂+Cl₂=2HCl
CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O
Birinchi reaksiyada vodorod va xlorning valentligi reaksiyadan oldin ham keyin ham birga teng. Metanning yonish reaksiyasida uglerod, kislorod va vodo-rodlarning valentliklari o‘zgarishsiz qolyapti. Lekin bu reaksiyalarda atomlarning holatlari o‘zgaradi. Demak, molekulada atom holatini valentlik tushunchasi to‘liq tushuntira olmaydi. Shuning uchun ham, oksidlanish–qaytarilish reaksiyalarida oksidlanish darajasi tushunchasidan foydalanish maksadga muvofiq bo‘ladi. Valentlik kovalent bog‘lanishda (musbat yoki manfiy) ishoraga ega emas. U faqat bosim sonini ko‘rsatadi. Kimyoviy bog‘lanishda esa elektronlar elektromanfiyroq element atomiga siljigan bo‘ladi, natijada atomlar ma’lum zaryadga ega bo‘ladi.
Quyidagi misollar valentlik bilan oksidlanish darajasini farqini yaqqol ko‘rsatadi.

1. 
   Azot molekulasida ikkita azot(N≡N) atomi o‘zaro uch juft
   
2. 
   elektron orqali birikkan. Uning oksidlanish darajasi nolga teng. Chunki kimyoviy bog‘ hosil kilgan umumiy elektron jufti xar ikki azot atomidan bir xil masofada joylashgan.
   
3. 
   Gidrazin - N₂H₄ molekulasida, xar bir azot atomining valentligi uchga teng, oksidlanish darajasi esa minus ikkiga teng chunki xar bir azot vodorod bog‘da umumiy elektron jufti azot atomi tomon siljiydi.
   
4. 
   Oksidlanish darajasi musbat, manfiy, nol va kasrli bo‘lishi mumkin.
   
5. 
   Umumiy elektron juftini uziga tortgan elektr manfiyrok element manfiy (-) va ikkinchi element musbat (+) oksidlanish darajasiga ega bo‘ladi. Bu qiymatlar odatda element simvolining tepasiga yoki yuqoriga (ung burchagiga ) raqam oldidan plyus yoki minus ishorasi ko‘rsatib yozib kuyiladi. Masalan, Cr⁶⁺O^2-₃, N⁰₂ bo‘larda kislorodning oksidlanish darajasi –2, xromning oksidlanish darajasi +6 va vodorodniki 0 ga teng.
   
6. 
   Kimyoviy birikmada yoki eritmada haqiqiy bo‘lgan ionlarni ko‘rsatish uchun plyus va minus ishorasi rakamdan keyin yoziladi. Masalan: Fe³⁺, Mn²⁺, S0²₄, Mn0^-₄, Cl^-, Na⁺ va boshqalar.
   

Kimyoviy birikmalarda atomning oksidlanish darajasini aniqlashda quyidagi qonundan foydalaniladi.

1. 
   Oddiy moddalarda atomning oksidlanish darajasi nolga teng (N₂, 0₂, Fe, S).
   
2. 
   Metallar hamma vaqt musbat oksidlanish darajasiga ega .
   
3. 
   Vodorod gidridlardan tashqari hamma birikmalarda +1, gidridlarda esa – oksidlanish daraja namoyon etadi.
   
4. 
   Kislorod birikmalarda (OF₂ dan tashqari) -2 oksidlanish daraja namoyon etadi. Peroksid (-O-O-gruppali)larda esa kislorodning oksidlanish darajasi –1 ga teng.
   
5. 
   Metalmaslarning oksidlanish darajasi ham musbat, ham manfiy bo‘lishi mumkin.
   

Bu ma’lumotlarga asoslanib murakkab birikmalardagi atomlarning oksidlanish darajasini xisoblab topish mumkin, bunda molekuladagi atomlar oksidlanish darajalarining algebraik yig‘indisi doimo nolga, murakkab ionda esa ionning zaryadiga teng bo‘lishini e’tiborga olish kerak.