การใช้ปฏิกิริยารีดอกซ์ในการวิเคราะห์ทางเคมี ปฏิกิริยารีดอกซ์ คำถามและแบบฝึกหัด
อ่านเพิ่มเติม:
|
ปฏิกิริยา OB มักใช้เพื่อแยกสาร เมื่อต้องการทำเช่นนี้ จะใช้ความแตกต่างในคุณสมบัติออกซิเดชันและการรีดักชัน ตัวอย่างเช่น เนื่องจากความสามารถในการละลายที่เหมือนกันของไฮดรอกไซด์ Mn(OH) 2 และ Mg(OH) 2 ในแอมโมเนียมคลอไรด์และกรดไฮโดรคลอริก จึงเป็นเรื่องยากที่จะแยกแคตไอออน Mn 2+ และ Mg 2+ เมื่อใช้โซเดียมไฮดรอกไซด์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ จะเกิดการตกตะกอนของ MnO(OH) 2 และ Mg(OH) 2:
MnSO 4 + 2KOH = Mn(OH) 2 + K 2 SO 4 ;
2Mn(OH) 2 + 2H 2 O 2 = 2Mn(OH) 4 → MnO(OH) 2 ↓ + H 2 O;
MgCl 2 + 2KOH = Mg(OH) 2 ↓ + 2KCl
ตะกอน Mg(OH) 2 จะละลายในเกลือแอมโมเนียมส่วนเกิน แต่ตะกอน MnO(OH) 2 จะไม่ละลาย:
มก.(OH) 2 + 2NH 4 Cl = MgCl 2 + 2NH 4 OH
การตรวจหาโพแทสเซียมไอออน K + มักจะถูกรบกวนโดยแอมโมเนียมไอออน NH + 4 ซึ่งทำให้เกิดปฏิกิริยาที่คล้ายกัน แอมโมเนียมไอออน NH + 4 จะถูกแปลงเป็นเกลือแอมโมเนียมไนเตรต NH 4 NO 3 จากนั้นจะถูกกำจัดออกโดยการสลายตัวของเกลือ ปฏิกิริยารีดิวซ์ออกซิเดชันภายในโมเลกุลเกิดขึ้น:
NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O
การตรวจจับแคตไอออนและแอนไอออนบางชนิดยังดำเนินการโดยใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ตรวจพบไอออน Mn 2+ โดยออกซิเดชันถึง MnO 4 ซึ่งมีสีแดงเข้ม Cr 3+ ไอออน - โดยปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับ Cr 2 O 2- 7 ด้วยสีส้ม ไอโอไดด์ไอออน I - - ปฏิกิริยาออกซิเดชันต่อ I - 3 ก่อตัวเป็นสารประกอบสีน้ำเงินที่มีแป้ง
วิธีการไทไตรเมทริกหลายวิธีที่ใช้ในการวิเคราะห์เชิงปริมาณ หรือที่เรียกกันทั่วไปว่า วิธีการออกซิไดซ์วิธีการเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอันตรกิริยาของสารวิเคราะห์กับตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ตัวอย่างเช่นในวิธีเปอร์แมงกานาโตเมทรีจะใช้สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO 4 เป็นสารออกซิไดซ์ในไอโอโดเมทรี - สารละลายไอโอดีนในไดโครมาโตเมทรี - สารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต K 2 Cr 2 O 7 การหาค่าเกลือเชิงปริมาณ เช่น เหล็กที่เป็นเหล็ก ดำเนินการโดยทำปฏิกิริยาออกซิเดชันของไอออน Fe 2+ ถึง Fe 3+ โดยใช้สารละลายโพแทสเซียมไดโครเมต
คำถามและแบบฝึกหัด
1. คืออะไร: ก) สถานะออกซิเดชัน; b) ปฏิกิริยา OM; c) ออกซิเดชัน; ง) การฟื้นฟู; e) ตัวออกซิไดซ์; e) ตัวรีดิวซ์?
2. กำหนดสถานะออกซิเดชันของแมงกานีสในสารประกอบต่อไปนี้: MnO 2, H 2 MnO 3, MnSO 4, KMnO 4, MnC1 2
3. สร้างวงจรอิเล็กทรอนิกส์และระบุว่าอะตอมอิเล็กตรอนจะได้รับอิเล็กตรอนในกรณีใดและจะให้อิเล็กตรอนในกรณีใด ก)ป 0 →พี -3 ; ข)Р 0 → Р +5; วี)เฟ +3 → เฟ +2; ช) 2ฉัน - → ฉัน 0 2 ; ง)นาที +7 → นาที +2; จ) 2Сr +3 → 2Сr +6
4. เขียนปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งและระบุว่าอะตอมหรือไอออนเป็นสารออกซิไดซ์ในกรณีใด และในกรณีใดเป็นสารรีดิวซ์: ก)ดังนั้น 2- 3 → ดังนั้น 2- 4 นิ้ว สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ข)ไม่ - 2 → ไม่ - 3 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด วี) MnO - 4 → MnO 2 นิ้ว สภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง ช) MnO - 4 → Mn 2+ นิ้ว สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ง) IO - 3 →ฉัน 2 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด จ)Сr 3+ → СrO 2- 4 นิ้ว สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
5. ใช้วิธีอิเล็กตรอนไอออน (วิธีครึ่งปฏิกิริยา) เติมสมการสำหรับปฏิกิริยา OB ให้สมบูรณ์:
ก)เฟSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → เฟ 2 (SO 4) 3 + MnSO 4 + ...;
ข) H 2 C 2 O 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → CO 2 + MnSO 4 + ...;
วี) H 2 O 2 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → O 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + …;
ช)เฟSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4) 3 + เฟ 2 (SO 4) 3 ... ;
ง) K 2 Cr 2 O 7 + HCl → CrCl 3 + KCl + C1 2 + H 2 O;
จ) KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 → I 2 + K 2 SO 4 + H 2 O;
และ) Mn(หมายเลข 3) 2 + PbO 2 + HNO 3 → HMnO 4 + Pb(หมายเลข 3) 2 + H 2 O;
ชม) SO 2 + KMnO 4 + KOH → K 2 SO 4 + MnO 2 + H 2 O
6. ขึ้นอยู่กับศักยภาพ OB มาตรฐานของระบบที่ระบุด้านล่าง ให้พิจารณาว่าไอออนใด:ฟ - , แคล - , บ - , ฉัน - สามารถออกซิไดซ์เป็นฮาโลเจนอิสระโดยแมงกานีสไดออกไซด์(เอ็มเอ็นโอ 2) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดภายใต้สภาวะมาตรฐาน:
ก) F 2 + 2 ē = 2F - E 0 = + 2.65 V;
b) C1 2 + 2 ē = 2C1 - E 0 = + 1.36 V;
c) Br 2 + 2 ē = 2Вг - E 0 = + 1.07 V;
d) ฉัน 2 + 2 ē = 2I - E 0 = + 0.54 V;
จ) MnO 2 + 4H + + 2 ē = Mn 2+ + 2H 2 O E 0 = + 1.23V
7. ใช้ค่าศักย์ OB มาตรฐานเพื่อพิจารณาว่าสารออกซิไดซ์ตัวใดที่สามารถออกซิไดซ์ได้เฟ 2+ ก่อนเฟ 3+, ถ้า E 0 (เฟ 3+ /เฟ 2+) = + 0.77 V:
ก) KMnO 4 ที่ pH< 7, Е 0 (МnО - 4 /Мn +2) = + 1,51 В;
ข) KMnO 4 ที่ pH = 7, E 0 (MnO - 4 / MnO 2) = + 0.59 V;
วี) H 2 O 2 ที่ pH > 7, E 0 (H 2 O 2 /2OH -) = + 1.17 V;
ช) KIO 3 ที่ pH > 7, E 0 (IO 3 /I -) = + 0.26 V.
สไลด์ 2
โครงร่างการบรรยาย: การใช้ ORR ในเคมีวิเคราะห์ ประเภทของ OVR คำอธิบายเชิงปริมาณของ OVR OVR คงที่สมดุล ความคงตัวของสารละลายในน้ำของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์
สไลด์ 3
การใช้ ORR ในเคมีวิเคราะห์ ในระหว่างการเตรียมตัวอย่างเพื่อถ่ายโอนตัวอย่างไปยังสารละลาย เพื่อแยกส่วนผสมของไอออน สำหรับการมาสก์ สำหรับดำเนินการปฏิกิริยาในการตรวจจับแคตไอออนและแอนไอออนในการวิเคราะห์ทางเคมีเชิงคุณภาพ ในการวิเคราะห์ไทไตรเมทริก ในวิธีการวิเคราะห์ทางเคมีไฟฟ้า
สไลด์ 4
ตัวอย่างเช่น ในระหว่างภาวะขาดออกซิเจน (ภาวะขาดออกซิเจน) การขนส่งของ H+ และ e- ในห่วงโซ่ระบบทางเดินหายใจจะช้าลงและรูปแบบของสารประกอบที่ลดลงจะสะสม การเปลี่ยนแปลงนี้มาพร้อมกับการลดลงของศักยภาพออกซิเจน (ORP) ของเนื้อเยื่อ และเมื่อภาวะขาดเลือดขาดเลือดมากขึ้น (โรคโลหิตจางเฉพาะที่ ปริมาณเลือดในอวัยวะหรือเนื้อเยื่อไม่เพียงพอ) ORP จะลดลง นี่เป็นเพราะทั้งการยับยั้งกระบวนการออกซิเดชั่นเนื่องจากการขาดออกซิเจนและการหยุดชะงักของความสามารถในการเร่งปฏิกิริยาของเอนไซม์รีดอกซ์และการกระตุ้นกระบวนการรีดักชันระหว่างไกลโคไลซิส
สไลด์ 5
ประเภทของ ORR 1. ระหว่างโมเลกุล - สถานะออกซิเดชัน (S.O.) ของอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารต่าง ๆ เปลี่ยนแปลง:
สไลด์ 6
2. ภายในโมเลกุล - ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ - อะตอมของหนึ่งโมเลกุล:
สไลด์ 7
3. การเกิดออกซิเดชั่น - การรักษาตัวเอง (ไม่สมส่วน) - องค์ประกอบเดียวกันจะเพิ่มและลด CO Cl2 เป็นตัวออกซิไดซ์และรีดิวซ์
สไลด์ 8
คำอธิบายเชิงปริมาณของ ORR ตัวอย่างเช่น ยิ่งฐานแข็งแรงเท่าใด ความสัมพันธ์ของโปรตอนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น นอกจากนี้สารออกซิไดซ์ที่แรงยังมีความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอนสูงอีกด้วย ตัวอย่างเช่น ตัวทำละลาย (น้ำ) มีส่วนร่วมในปฏิกิริยากรด-เบส โดยบริจาคและรับโปรตอน และใน ORR น้ำก็สามารถสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนได้เช่นกัน ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยากรด-เบสต้องการทั้งกรดและเบส และใน ORR ต้องใช้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์
สไลด์ 9
เมื่อพิจารณาคู่ OM โดยรวม เราสามารถเขียนสมการปฏิกิริยาแผนผังได้: Ox + nē = สมดุลสีแดงในสารละลายสามารถอธิบายได้โดยใช้ศักย์ไฟฟ้าสมดุล ซึ่งขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารละลายตามสมการ Nernst:
สไลด์ 10
ที่อุณหภูมิ 298 K สมการ Nernst จะอยู่ในรูปแบบ:
สไลด์ 11
การวัดศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดโดยตรงเป็นเรื่องยาก ดังนั้นจึงเปรียบเทียบศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรดทั้งหมดกับศักย์ไฟฟ้าเดียว (“อิเล็กโทรดอ้างอิง”) อิเล็กโทรดไฮโดรเจนที่เรียกว่ามักจะใช้เป็นอิเล็กโทรดดังกล่าว
สไลด์ 12
ในสมการ Nernst สามารถใช้ความเข้มข้นแทนกิจกรรมของไอออนได้ แต่จำเป็นต้องทราบค่าสัมประสิทธิ์ของกิจกรรมไอออน:
สไลด์ 13
ความแข็งแรงของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์อาจได้รับอิทธิพลจาก: ค่า pH, ปฏิกิริยาการตกตะกอน, ปฏิกิริยาเชิงซ้อน จากนั้นคุณสมบัติของคู่รีดอกซ์จะถูกอธิบายด้วยศักยภาพที่แท้จริง
สไลด์ 14
ในการคำนวณศักยภาพที่แท้จริงของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งที่ได้จากการรวมกันของ ORR และปฏิกิริยาการตกตะกอน จะใช้สูตรต่อไปนี้: หากรูปแบบออกซิไดซ์เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดี:
สไลด์ 15
หากรูปแบบรีดิวซ์เป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดี:
สไลด์ 16
การรวมกันของ ORR และปฏิกิริยาเชิงซ้อน
หากรูปแบบออกซิไดซ์เกาะกันเป็นสารเชิงซ้อน:
สไลด์ 17
หากรูปแบบที่ลดลงถูกผูกเข้ากับคอมเพล็กซ์:
สไลด์ 18
หากทั้งสองรูปแบบเชื่อมต่อกันในรูปแบบที่ซับซ้อน:
สไลด์ 19
การรวมกันของปฏิกิริยา ORR และโปรตอน
หากรูปแบบออกซิไดซ์ถูกโปรตอน:
สไลด์ 20
หากรูปแบบรีดิวซ์ถูกโปรตอน:
สไลด์ 21
ถ้าทั้งสองรูปแบบถูกโปรตอน:
สไลด์ 22
หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามสมการต่อไปนี้: Ox +mH+ + nē = สีแดง + H2O แล้ว
§ 1. การลดการเกิดออกซิเดชันเป็นหนึ่งในวิธีหลักของการวิเคราะห์ทางเคมี
แนวคิดของปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดักชัน การลดการเกิดออกซิเดชันเป็นหนึ่งในวิธีหลักของการวิเคราะห์ทางเคมี และมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการปฏิบัติงานเชิงวิเคราะห์ ดังนั้นความรู้เกี่ยวกับทฤษฎีกระบวนการรีดอกซ์จึงมีความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับนักวิเคราะห์ ในย่อหน้านี้ หากละรายละเอียด เราจะจำเฉพาะแนวคิดพื้นฐานบางประการเกี่ยวกับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ เนื่องจากมีการนำเสนอในรายละเอียดในวิชาเคมีทั่วไปและอนินทรีย์ ผู้ก่อตั้งทฤษฎีไอออน - อิเล็กตรอนของปฏิกิริยาออกซิเดชั่น - รีดิวซ์ในสหภาพโซเวียตคือ Ya. I. Mikhailenko และ L. V. Pisarzhevsky
ออกซิเดชันเป็นปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการสูญเสียอิเล็กตรอนโดยอนุภาค (อะตอม ไอออน หรือโมเลกุล) และการรีดักชันคือการได้มาของอิเล็กตรอน
สารที่ได้รับอิเล็กตรอนจากสารที่กำลังถูกออกซิไดซ์เรียกว่าสารออกซิไดซ์ และสารที่ให้อิเล็กตรอนแก่สารอื่นเรียกว่าสารรีดิวซ์
ปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและการรีดักชันขึ้นอยู่กับกันและกัน เชื่อมโยงกันอย่างแยกไม่ออก และไม่สามารถแยกออกจากกันได้ นั่นคือสาเหตุที่เรียกว่าปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดอกซ์ (ปฏิกิริยารีดอกซ์)
ปฏิกิริยาการลดออกซิเดชันมักเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอน (การบริจาคหรือการเติม) อิเล็กตรอนและมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลง (เพิ่มขึ้นหรือลดลง) ในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ:
สารออกซิไดซ์ สารต่อไปนี้มักใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ในห้องปฏิบัติการวิเคราะห์: น้ำคลอรีนและโบรมีน น้ำกัดกรด
L.V. Pisarzhevsky (2417-2481)
นอกจากนี้ควรระลึกไว้ว่าไอออนและอื่น ๆ บางชนิดก็เป็นตัวออกซิไดซ์เช่นกัน
การวัดกำลังออกซิไดซ์ของตัวออกซิไดซ์ที่กำหนด (อะตอมหรือไอออน) คือสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ซึ่งเป็นพลังงาน (งานที่แสดงเป็นโวลต์อิเล็กตรอน) ที่ถูกปล่อยออกมาเมื่อเติมอิเล็กตรอนเข้าไป (ดูบทที่ 3, § 27)
ผู้ฟื้นฟู สารต่อไปนี้ใช้เป็นตัวรีดิวซ์: โลหะสังกะสี เหล็กและอลูมิเนียม ฯลฯ ไอออน ฯลฯ ก็เป็นตัวรีดิวซ์เช่นกัน
การวัดความสามารถในการรีดิวซ์ของตัวรีดิวซ์ที่กำหนด (อะตอมหรือไอออน) คือศักย์ไอออไนเซชัน (ศักย์ไอออไนเซชัน) ซึ่งเท่ากับตัวเลขของพลังงาน (งานที่แสดงเป็นอิเล็กตรอนโวลต์) ที่ต้องใช้จ่ายเพื่อกำจัดอิเล็กตรอนออกจากมัน ระยะทางอันไม่มีที่สิ้นสุด (ดูบทที่ 3, § 27)
ปฏิกิริยาการไม่สมส่วน (ออกซิเดชันอัตโนมัติ - การรักษาด้วยตนเอง) สารชนิดเดียวกันสามารถเป็นได้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น
ในการทำปฏิกิริยา (a) กรดไนตรัสเป็นตัวออกซิไดซ์ ในการทำปฏิกิริยา (b) เป็นตัวรีดิวซ์
สารที่มีคุณสมบัติทั้งออกซิไดซ์และรีดิวซ์มีความสามารถในการออกซิเดชันได้เอง - ปฏิกิริยาการรักษาตัวเอง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน สารประกอบหลายชนิดสามารถทำปฏิกิริยาไม่สมส่วนได้
ให้เราพิจารณารายละเอียดคุณสมบัติรีดอกซ์ของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในเชิงวิเคราะห์
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เนื่องจากลักษณะเฉพาะของโครงสร้างของโมเลกุล H-O-O-H แสดงออกทั้งในฐานะตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์:
ในการทำปฏิกิริยากับตัวรีดิวซ์จะมีบทบาทเป็นตัวออกซิไดซ์ ก) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด
ภายใต้อิทธิพลของสารออกซิไดซ์ที่แรง จะมีคุณสมบัติรีดิวซ์:
b) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์สามารถแสดงคุณสมบัติการรีดิวซ์ได้ไม่เฉพาะในสภาพที่เป็นกรด (ดูด้านบน) แต่ยังแสดงในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางและเป็นด่างด้วย:
เป็นที่รู้กันดีว่าปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในตัวกลางที่เป็นกรด ด่าง และเป็นกลาง ซึ่งไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์เป็นตัวออกซิไดซ์ ตัวอย่างเช่น: ก) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด:
b) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง
c) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง
แต่นอกจากนี้ยังมีปฏิกิริยาที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ซึ่งมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในสิ่งแวดล้อมมีบทบาทเป็นสารออกซิไดซ์เช่น:
จากนั้นเป็นสารรีดิวซ์ เช่น
เนื่องจากไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์มีลักษณะรีดอกซ์คู่ จึงมีแนวโน้มที่จะเกิดปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน:
คุณสมบัติรีดอกซ์ของโลหะ อโลหะ และไอออนที่เกิดขึ้น โลหะเป็นตัวรีดิวซ์ เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน อะตอมของโลหะจะกลายเป็นไอออนบวกด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น:
ไอออนของโลหะแสดงคุณสมบัติการออกซิไดซ์หรือการลด เมื่อได้รับอิเล็กตรอน ไอออนของโลหะจะผ่านเข้าสู่ไอออนที่มีประจุต่ำกว่า (a) หรือเข้าสู่สถานะเป็นกลาง (b):
เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน ไอออนของโลหะจะเปลี่ยนเป็นไอออนที่มีประจุสูงกว่า (a) หรือกลายเป็นไอออนเชิงซ้อน (b):
อโลหะยังสามารถแสดงคุณสมบัติทั้งรีดิวซ์และออกซิไดซ์ได้ โดยการสูญเสียอิเล็กตรอน อะตอมของอโลหะจะกลายเป็นไอออนบวกด้วยไฟฟ้า ซึ่งก่อตัวเป็นออกไซด์หรือไอออนที่มีออกซิเจนเชิงซ้อนในสภาพแวดล้อมที่เป็นน้ำ ตัวอย่างเช่น:
เมื่อได้รับอิเล็กตรอน อะตอมของอโลหะจะกลายเป็นไอออนลบด้วยไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น:
ไอออนอโลหะเชิงลบเป็นตัวรีดิวซ์ โดยการสูญเสียอิเล็กตรอน ไอออนลบของอโลหะจะผ่านเข้าสู่สถานะเป็นกลาง (a) หรือเข้าสู่ไอออนเชิงซ้อน (b):
ไอออนที่มีออกซิเจนเชิงซ้อนส่วนใหญ่จะมีประจุลบ ตัวอย่างเช่น ไอออนบางตัวมีประจุบวก:
ไอออนที่ประกอบด้วยออกซิเจนเชิงซ้อนซึ่งมีองค์ประกอบอิเล็กโทรบวก จะสูญเสียอิเล็กตรอนและเปลี่ยนเป็นไอออนเชิงซ้อนอื่นๆ ที่มีองค์ประกอบเดียวกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันด้วยไฟฟ้าบวกมากกว่า ตัวอย่างเช่น:
ด้วยการรับอิเล็กตรอน ไอออนเชิงซ้อนจะถูกแปลงเป็นไอออนเชิงซ้อนอื่นๆ ซึ่งรวมถึงไอออนของธาตุที่มีความจุต่ำกว่า (a) ให้เป็นโมเลกุลที่เป็นกลาง (b) หรือเป็นไอออนที่ไม่ใช่โลหะที่มีประจุลบ (c):
พันธะเคมี ปฏิกิริยาเคมีมักจะมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงในโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมขององค์ประกอบที่ทำปฏิกิริยาเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยสมบูรณ์ (พันธะไอออนิก) ความหนาแน่นของอิเล็กตรอนลดลงหรือเพิ่มขึ้น (โพลาไรเซชัน) และยังเนื่องมาจากการแบ่งปันอิเล็กตรอน คู่ (พันธะโควาเลนต์)
การแบ่งแยกสารออกเป็นโควาเลนต์และไอออนิกขึ้นอยู่กับลักษณะของพันธะเคมีนั้นอยู่ในความหมายที่แน่นอนและขึ้นอยู่กับการแสดงออกที่โดดเด่นของพันธะเคมีประเภทใดประเภทหนึ่ง ตัวอย่างเช่น พันธะไอออนิกและพันธะไม่มีขั้วโควาเลนต์เป็นเพียงขอบเขตสุดขั้วของพันธะขั้วโลก-โควาเลนต์เท่านั้น ซึ่งถือได้ว่าเป็นการเบี่ยงเบนไปจากพันธะไอออนิกและโควาเลนต์ล้วนๆ
การนำเสนอโดยละเอียดเกี่ยวกับทฤษฎีพันธะเคมีไม่ใช่งานของเรา เนื่องจากประเด็นเหล่านี้มีการนำเสนอในหลักสูตรเกี่ยวกับโครงสร้างของสสาร เคมีทั่วไป เคมีอนินทรีย์ และอินทรีย์ อย่างไรก็ตาม เราต้องให้ความสนใจกับความจริงที่ว่าปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ถือได้ว่าเป็นปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอม โมเลกุล และไอออนหนึ่งไปยังอะตอมอื่น
วาดสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ เมื่อเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน พันธะไอออนิกในอุดมคติจะเกิดขึ้นก็ไม่สำคัญมากนัก ทั้งหมดนี้ไม่มีนัยสำคัญมากนักเนื่องจากแม้แต่การเปลี่ยนแปลงไอออนิกขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งก็ไม่ได้ดังที่ทราบกันดีว่ามาพร้อมกับการก่อตัวของพันธะไอออนิกในอุดมคติ
มีหลายวิธีในการสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ ด้านล่างนี้ เราจะพิจารณาวิธีการไอออนอิเล็กทรอนิกส์ โดยอาศัยการรวบรวมปฏิกิริยาแบบครึ่งปฏิกิริยาสองแบบ: 1) ปฏิกิริยาแบบครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน และ 2) ปฏิกิริยาแบบครึ่งปฏิกิริยาแบบรีดิวซ์ และให้นักเรียนใช้โนโมแกรมที่แนบมาท้ายหนังสือเพื่อกำหนด ทิศทางของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ เมื่อใช้โนโมแกรมเหล่านี้ คุณสามารถเขียนสมการไอออน-อิเล็กทรอนิกส์ของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งแยกกันได้อย่างง่ายดาย แล้วสรุปให้เป็นสมการไอออนิกทั่วไปของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน
ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งจะมีความสมดุลในลักษณะที่ว่าจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ถูกถ่ายโอนไปยังตัวออกซิไดซ์จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่สูญเสียไปโดยตัวรีดิวซ์
ถ้าเราจินตนาการถึงสารทั้งหมดที่เขียนทางด้านซ้ายของปฏิกิริยาครึ่งแรกและปฏิกิริยาครึ่งหลังของสมการเสริมที่ใช้กับปฏิกิริยา (“ค่าใช้จ่าย”) และสารที่เขียนทางด้านขวาเป็นผลลัพธ์ที่ได้รับ ของปฏิกิริยา (“อินพุต”) จากนั้นจึงร่างสมการปฏิกิริยาในรูปแบบสุดท้ายได้ไม่ยาก ในการทำเช่นนี้ คุณเพียงแค่ต้องสรุป (สร้างสมดุล)
ก่อนที่จะวาดสมการ โดยใช้โนโมแกรมที่ระบุ (ดูภาคผนวก) หรือตารางศักยภาพรีดอกซ์ (ดูตารางที่ 5 หน้า 96) คุณต้องตัดสินใจว่าคำถามหลักว่าปฏิกิริยานี้จะได้ผลหรือไม่
สิ่งนี้จะต้องทำเพราะปฏิกิริยาหลายอย่างซึ่งสามารถทำให้สมการสมดุลได้ กล่าวคือ เขียนบนกระดาษ จริงๆ แล้วไม่ได้เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด
ตัวอย่างเช่นไม่มีปฏิกิริยาใดๆ
แต่มีฟันเฟือง
ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น:
และปฏิกิริยาที่ตรงกันข้ามกับพวกมันจะไม่เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเดียวกัน
พิจารณาปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ต่อไปนี้:
สมการเสริม
จะเห็นได้ง่ายว่าสมการของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ในรูปแบบสมบูรณ์นั้นเป็นผลมาจากผลรวมของปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาทั้งสอง
ในตัวอย่างนี้ ไอออนที่มีสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่มีไอออนออกซิเจนที่ถูกปลดปล่อยจะก่อตัวเป็นกรดเมตาตินที่ไม่ละลายน้ำและไบซัลเฟตไอออนตามลำดับในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และไอออนไฮโดรเจนที่มีไอออนออกซิเจนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดจะทำให้เกิดโมเลกุลของน้ำ
ในรูปแบบโมเลกุล ปฏิกิริยาข้างต้นสามารถแสดงได้ดังนี้:
โดยทั่วไป เมื่อเขียนด้านขวาของสมการไอออน-อิเล็กทรอนิกส์สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ จะต้องปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้
ว่าด้วยเรื่องไฮโดรเจนไอออน
1) ด้วยไอออนออกซิเจนหรือไฮดรอกซิลไอออน (c) ที่ถูกปลดปล่อย (a) หรือก่อตัวขึ้น (b) ไอออนไฮโดรเจนจะสร้างโมเลกุลโบดาที่เป็นกลาง:
2) ด้วยไอออนของฟลูออรีน, ซัลเฟอร์, ซีลีเนียม, เทลลูเรียม, ไนโตรเจนและองค์ประกอบอื่น ๆ ในสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า ไฮโดรเจนไอออนจะสร้างอิเล็กโทรไลต์อ่อน ๆ ที่สอดคล้องกัน:
3) ด้วยโมเลกุลที่เป็นกลางของน้ำและแอมโมเนีย ไฮโดรเจนไอออนจะเกิดเป็นไฮโดรเนียมและแอมโมเนียมไอออน
เกี่ยวกับไฮดรอกซิลไอออน
1) ในกระบวนการออกซิเดชันของสารประกอบขององค์ประกอบของสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าไปสู่สถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้นเมื่อมีไฮดรอกซิลไอออนสารประกอบออกซิเจนขององค์ประกอบของสถานะออกซิเดชันที่สูงกว่าและน้ำจะเกิดขึ้น:
2) ด้วยองค์ประกอบที่มีแนวโน้มที่จะเกิดไฮดรอกไซด์ที่ไม่ละลายน้ำไอออนของไฮดรอกซิลจะเกิดการตกตะกอนของไฮดรอกไซด์:
3) ในระหว่างการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบที่มีแนวโน้มที่จะก่อตัวที่ซับซ้อนไอออนของไฮดรอกซิลจะสร้างไอออนเชิงซ้อนของไฮดรอกโซ:
4) ด้วยไฮโดรเจนไอออนและแอมโมเนียมไอออน ไฮดรอกซิลไอออนตามลำดับจะสร้างโมเลกุลของน้ำ (a) และแอมโมเนีย (b):
ว่าด้วยเรื่องโมเลกุลของน้ำ
1) โดยปล่อยไอออนออกซิเจน (a) หรือก่อตัว (b) โมเลกุลของน้ำเกิดเป็นไฮดรอกซิลไอออน:
2) ในกระบวนการออกซิเดชันของไอออนขององค์ประกอบของสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่าในโมเลกุลของน้ำที่สูงกว่าจะเกิดไอออนที่มีออกซิเจนเชิงซ้อน (a) และสารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ (b) เช่นเดียวกับไฮโดรเจนไอออน:
3) ในกระบวนการลดสารประกอบขององค์ประกอบของสถานะออกซิเดชันสูงสุดเพื่อลดสถานะออกซิเดชันเมื่อมีน้ำสารประกอบขององค์ประกอบของสถานะออกซิเดชันต่ำกว่า (a) สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ (b) และไฮดรอกซิลไอออนจะเกิดขึ้น:
เกี่ยวกับไอออนอื่นๆ
1) ไอออนโลหะที่มีประจุเดี่ยว สอง และสามซึ่งมีแนวโน้มที่จะให้สารประกอบที่ไม่ละลายน้ำ ก่อตัวเป็นเกลือที่ไม่ละลายน้ำโดยมีสารตกค้างที่เป็นกรดในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลางหรือเป็นกรด ตัวอย่างเช่น:
โปรดทราบว่าตามกฎแล้วไม่มีแคตไอออนอิสระ (หรือไฮเดรต) ที่มีประจุบวกมากกว่า 3 ประจุในสารละลายที่เป็นน้ำ ไอออนที่มีประจุสูงในกระบวนการของปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ต่างๆ ทำปฏิกิริยากับน้ำรวมกับไอออนออกซิเจนของน้ำในทันที ทำให้เกิดไอออนที่มีออกซิเจนเชิงซ้อน เช่น:
การประยุกต์ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดิวซ์ในเคมีวิเคราะห์ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์ทางเคมี
1. เพื่อแปลงไอออนและสารประกอบขององค์ประกอบของรูปแบบออกซิเดชันที่ต่ำกว่าให้อยู่ในรูปแบบที่สูงกว่า (a) และรูปแบบที่สูงกว่าให้เป็นรูปแบบที่ต่ำกว่า (b) เพื่อป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายในระหว่างกระบวนการวิเคราะห์:
ก) สำหรับการเกิดออกซิเดชันเบื้องต้นในกรณีที่ไอออนของเหล็ก (II) รบกวนการวิเคราะห์
b) สำหรับการลดลงระหว่างการตกตะกอนในสารละลายไฮโดรคลอไรด์ด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์
2. เพื่อตรวจจับไอออนที่ให้ปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะกับตัวออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์ ตัวอย่างเช่น
3. เพื่อแยกไอออนที่ถูกออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ให้กลายเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดี เช่น
4. สำหรับการวัดปริมาณสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์หลายชนิดโดยวิธีกราวิเมตริกหรือปริมาตร (ดูเล่ม 2)
การบรรยายครั้งที่ 4
สมดุลรีดอกซ์ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์
วางแผน.
1. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (OR) และการประยุกต์ในเคมีวิเคราะห์
2. ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยารีดอกซ์
3. อิทธิพลของปัจจัยต่างๆ ต่อค่าศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด
1. ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (OR) และการนำไปใช้ในเคมีวิเคราะห์
ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่มาพร้อมกับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอนุภาคหนึ่ง (อะตอม โมเลกุล และไอออน) ไปยังอนุภาคอื่น ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ
ออกซิเดชัน เป็นกระบวนการที่อะตอม โมเลกุล หรือไอออนปล่อยอิเล็กตรอน
นา 0 – ē → นา +
H 2 O 2 - 2ē → 2H + + O 2
SO 3 2- + 2OH - - 2ē → SO 4 2- + H 2 O
การกู้คืน เป็นกระบวนการที่อะตอม โมเลกุล หรือไอออนเติมอิเล็กตรอนเข้าไป
S 0 + 2ē → S 2-
H 2 O 2 + 2H + + 2ē → 2H 2 O
Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6ē → 2Cr 3+ + 7H 2 O
MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn 2+ + 4H 2 O
ต่อไปนี้มักใช้เป็นตัวรีดิวซ์ในเคมีวิเคราะห์: H 2 O 2 , SnCl 2 , H 2 S , H 2 SO 3 , Na 2 S 2 O 3 ; เป็นตัวออกซิไดซ์ - Cl 2; Br2; H2O2; เค 2 โคร 2 โอ 7 ; KMnO4; HNO 3 และอื่น ๆ
ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดิวซ์เกี่ยวข้องกับสารสองชนิดเสมอ หนึ่งในนั้นคือตัวรีดิวซ์และอีกตัวเป็นสารออกซิไดซ์ ในกรณีนี้ จำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับจะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวรีดิวซ์มอบให้เสมอ
ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยารีดอกซ์ประเภทหลักมีดังต่อไปนี้:
1 – ปฏิกิริยารีดอกซ์ระหว่างโมเลกุล (องค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันพบได้ในโมเลกุลที่แตกต่างกัน):
2-1+6-2
PbS + 4H 2 O 2 → ↓PbSO 4 + 4H 2 O
สารรีดิวซ์ สารออกซิไดซ์
1 +1 0
โซเดียมคลอไรด์ + NaClO +H 2 SO 4 → Cl 2 + นา 2 SO 4 + H 2 O;
2 – ปฏิกิริยารีดอกซ์ภายในโมเลกุล(องค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันเป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลเดียว):
3 +5 +1
NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O
3 +6 0 +3
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O;
3 – ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน (การเกิดออกซิเดชันในตัวเอง-การลดตัวเอง) (อะตอมของธาตุชนิดเดียวกันจะเปลี่ยนระดับของพวกมันแตกต่างออกไปออกซิเดชัน):
0 -1 +1
Cl 2 + 2NaO H → NaCl + NaClO + H 2 O
1 -2 0
2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2
โดยทั่วไป กระบวนการรีดอกซ์จะแสดงออกมาด้วยวิธีดังต่อไปนี้:
อ็อกซ์+เน Û สีแดง
ออกซิเดชัน การลดลง
แบบฟอร์ม
Ox และ Red เชื่อมต่อกัน และนี่คือคู่รีดอกซ์ (คู่รีดอกซ์)
เฟ 3+ +1อี Û เฟ 2+
ลูกบาศ์ก 2+ +2e Û คิว 0
อ็อกซ์เรด
สมการ Ox + ne Û สีแดงแสดงถึงการเปลี่ยนผ่านรีดอกซ์หรือครึ่งปฏิกิริยารีดอกซ์
การเปลี่ยนแปลงสามารถย้อนกลับหรือย้อนกลับไม่ได้
2JO 3 - +12H 3 O + +10e=เจ 2 0 ¯ +18H2O
Ag 2 O+H 2 O+2e=2Ag 0 ¯ +2OH -
2- +2e=ปรอท 0 ¯ +4Cl - .
ดังนั้นคู่รีดอกซ์ซึ่งก็คือการรวมกันของรูปแบบออกซิไดซ์กับรูปแบบรีดอกซ์ที่สอดคล้องกันจึงมีความสามารถรีดอกซ์บางอย่าง เกิดจากความสามารถของรูปแบบออกซิไดซ์ในการยึดอิเล็กตรอนและรูปแบบรีดิวซ์เพื่อปล่อยพวกมันออกไป ในการหาปริมาณความสามารถรีดอกซ์ของคู่รีดอกซ์แบบผันกลับได้ จะใช้ศักย์ไฟฟ้าของอิเล็กโทรด
คู่รีดอกซ์อย่างน้อยสองคู่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา OM ใด ๆ - อย่างน้อยหนึ่งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์หนึ่งตัว ผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาคือตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ใหม่ (อ่อนกว่าของเดิม):
อ็อกซ์ 1 + แดง 2 Û แดง 1 +อ็อกซ์ 2
2เฟ 3+ +สเอ็น 2+ Û 2Fe 2+ +Sn 4+
มีความคล้ายคลึงกับปฏิกิริยากรด-เบส:
กรด 1+เบส 2Û เบส 1+กรด 2
นี่คือทฤษฎีอิเล็กทรอนิกส์ของปฏิกิริยา OB ความเป็นไปได้ของการรั่วไหลของ OMก ctions ถูกกำหนดโดยกิจกรรมทางเคมีของคู่รีดอกซ์ที่มีส่วนร่วม กิจกรรมทางเคมีของคู่รีดอกซ์มีลักษณะเฉพาะด้วยค่าของศักย์รีดอกซ์มาตรฐาน (ปกติ) E 0
ศักย์รีดอกซ์มาตรฐาน (ปกติ) ของคู่ที่อยู่ในรูปแบบที่ละลายน้ำได้คือความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างไฮโดรเจนมาตรฐานกับอิเล็กโทรดที่ไม่ใช้งาน (แพลตตินัม) ที่แช่อยู่ในสารละลายที่มีรูปแบบออกซิไดซ์และรีดอกซ์ของคู่รีดอกซ์หนึ่งคู่ (ที่ 25° C และกิจกรรมของส่วนประกอบของคู่นี้เท่ากับ 1 โมล/เดซิเมตร 3)
ตัวอย่างเช่น เพื่อพิจารณาศักยภาพของคู่ Sn 4+ /Sn 2+ เซลล์กัลวานิกจึงถูกประกอบขึ้น:
(-) Pt (H 2) / H 2 SO 4 // Sn 4+ / Sn 2+ / Pt (+); E 0 Sn4+/Sn2+ = +0.15 B.
นั่นคือ ศักยภาพจะถูกวัดในเซลล์ไฟฟ้าเคมี เช่น เซลล์กัลวานิก ซึ่งประกอบด้วยอิเล็กโทรดมาตรฐานและอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ ซึ่งเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้าของการรีดอกซ์หรือออกซิเดชันของส่วนประกอบรีดอกซ์คู่ ศักยภาพของอิเล็กโทรดตัวบ่งชี้ (โดยปกติคือ Pt) จะวัดโดยสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน (ปกติ) เป็นอิเล็กโทรดแพลทินัมที่แช่อยู่ในสารละลาย 1 N ของ H 2 SO 4 (หรือ 1.25 M HCl) ไฮโดรเจนถูกส่งผ่านสารละลายภายใต้ความดัน 101.3 kPa ที่อุณหภูมิห้อง ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อิเล็กโทรด:
2Н + +2е Û เอช 2
และศักยภาพของคู่รีดอกซ์ 2H + /H 2 เกิดขึ้น ซึ่งโดยทั่วไปถือว่าเป็นศูนย์ เมื่อสัมพันธ์กับอิเล็กโทรดนี้ จะมีการวัดศักยภาพของคู่รีดอกซ์อื่นๆ ในความเป็นจริง ในเซลล์ไฟฟ้าเคมี จะมีการวัดความต่างศักย์ระหว่างตัวบ่งชี้และอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐาน ไอ OM อาจประกอบด้วยรูปแบบที่อยู่ในสถานะการรวมตัวเดียวเช่นของเหลว - Fe 3+ /Fe 2+ และในรูปแบบที่แตกต่างกันเป็นต้น, ของเหลวและของแข็ง – Zn 2+ /Zn 0ใน คำจำกัดความของมาตรฐานศักยภาพของคู่ต่างๆ จะแตกต่างกันบ้างเนื่องจากเทคนิคการวัดที่แตกต่างกัน ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้
ค่าศักย์ไฟฟ้า OB มาตรฐาน (ปกติ) คู่ E 0 ที่มีโลหะเป็นกลางทางไฟฟ้าคือค่าความต่างศักย์ที่เกิดขึ้นระหว่างโลหะที่แช่อยู่ในสารละลายเกลือ (โดยมีกิจกรรมไอออนของโลหะ 1 โมล/ลิตร) และอิเล็กโทรดไฮโดรเจนมาตรฐานที่ 25° กับ.
ศักย์มาตรฐานของระบบรีดอกซ์ถูกใช้เป็นลักษณะวัตถุประสงค์ของคุณสมบัติรีดอกซ์การเชื่อมต่อ ยิ่งค่าบวกของศักยภาพมาตรฐานยิ่งมากขึ้นยิ่งตัวออกซิไดซ์ยิ่งแรง ขณะเดียวกันก็ฟื้นคืนรูปแบบที่แข็งแกร่งตัวออกซิไดซ์มีคุณสมบัติในการรีดิวซ์อย่างอ่อนและในทางกลับกัน สารรีดิวซ์ที่แรงในรูปแบบออกซิไดซ์จะมีความอ่อนแอคุณสมบัติออกซิไดซ์ ดังนั้นปฏิกิริยารีดอกซ์จึงดำเนินต่อไปจนเกิดปฏิกิริยาที่อ่อนลงสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์จากตัวที่แรงกว่า
การเปรียบเทียบค่าศักย์มาตรฐานสามารถใช้เพื่อทำนายทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์
อย่างไรก็ตาม ควรคำนึงว่าศักยภาพมาตรฐานสามารถมีนัยสำคัญได้แตกต่างจากของจริงและทิศทางของปฏิกิริยาอาจมีการเปลี่ยนแปลง
เพื่อกำหนดศักยภาพของคู่ E 0 (Zn 2+ /Zn 0) พวกเขาประกอบขึ้นเป็นเซลล์กัลวานิก:
(-) สังกะสี / ZnSO 4 // H 2 SO 4 / (H 2) พอยต์ (+)
ก(-): สังกะสี 0 ® สังกะสี 2+ + 2e;
K(+): 2H + + 2e ® ยังไม่มีข้อความ 2 0 .
หากอิเล็กตรอนเคลื่อนที่จากอิเล็กโทรดไฮโดรเจนไปยังอิเล็กโทรดโลหะ จะถือว่าศักย์ไฟฟ้ามีเครื่องหมายบวก ถ้า - ถึงไฮโดรเจน ดังนั้นศักยภาพของทั้งคู่จะถูกถือเป็นค่าลบตามอัตภาพ
จากค่าและการเปรียบเทียบ E 0 ของคู่รีดอกซ์ สามารถระบุความเป็นไปได้พื้นฐานของปฏิกิริยา OB ได้ ตัวอย่างเช่นการเปรียบเทียบค่า E 0 ระหว่างการทำงานร่วมกันของ Fe 2+ /Fe (E 0 = -0.44 V) และ Cu 2+ /Cu (E 0 = +0.34 V) คู่แสดงให้เห็นว่าสารออกซิไดซ์ทุกที่จะ เป็นรูปแบบ Cu 2+ ตัวรีดิวซ์คือ Fe เนื่องจากศักยภาพของระบบที่สองมากกว่าศักยภาพของระบบแรก:
Cu 2+ + เฟ ® เฟ 2+ + Cu
ทิศทางของปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับค่าของแรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF):
EMF = E 0 (ตัวออกซิไดซ์) - E 0 (ตัวรีดิวซ์)
ถ้าเป็นอีเอ็มเอฟ > 0 แล้วเกิดปฏิกิริยาโดยตรง ถ้าเป็นอีเอ็มเอฟ< 0 แล้วมันคือเส้นโครงผกผัน
ในกรณีของ Fe และ Cu 2+: EMF = +0.34-(-0.44) = +0.78 V ยิ่ง EMF ยิ่งมาก การโต้ตอบก็จะยิ่งมีพลังมากขึ้นเท่านั้น
ศักย์ไฟฟ้า RH มาตรฐานถูกกำหนดที่กิจกรรม 1 โมล/ลิตร สำหรับค่ากิจกรรมอื่นๆ ต้องคำนวณศักยภาพโดยใช้สมการ Nernst-Perers:
แอล ®
บันทึก, t=25 °
หนึ่งร้อย 
เมื่อ Ox = สีแดง E = E 0
หากรูปแบบใดรูปแบบหนึ่งอยู่ในเฟสของแข็งหรือก๊าซเฉพาะค่ากิจกรรมของรูปแบบที่อยู่ในเฟสของเหลวเท่านั้นที่จะถูกแทนที่ด้วยสมการ Nernst:
อี(เฟ 2+ /เฟ 0) 
อี(Cl 2 /2Cl -) 
หากไอออนหรือโมเลกุลของน้ำมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปยังอีกรูปแบบหนึ่ง พวกมันก็จะถูกนำเข้าสู่องค์ประกอบของรูปแบบออกซิไดซ์หรือรูปแบบรีดิวซ์ด้วย สร้างสมการอิเล็กตรอน-ไอออนสำหรับการเกิดออกซิเดชันหรือการลดลง:
MnO 4 - + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O
SnO 3 2- + H 2 O + 2e = SnO 2 2- + 2OH - .
แอปพลิเคชัน:
ปฏิกิริยารีดอกซ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพและเชิงปริมาณ
ในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพ ปฏิกิริยารีดอกซ์จะใช้เพื่อ:
การแปลงสารประกอบจากสถานะออกซิเดชันต่ำไปเป็นสถานะที่สูงขึ้นและในทางกลับกัน;
การถ่ายโอนสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดีไปเป็นสารละลาย
การตรวจจับไอออน
การกำจัดไอออน
ดังนั้นปฏิกิริยาออกซิเดชั่นกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ในตัวกลางที่เป็นด่างใช้ในการวิเคราะห์แคตไอออนของกลุ่มวิเคราะห์ IV สำหรับการแปลงสารประกอบ Sn(II), As(III), Cr(III) ให้เป็นไฮดรอกโซ- และออกโซแอนไอออนของธาตุเหล่านี้ในสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น
1. วิธีแปลงไอออนและสารประกอบของธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันต่ำไปเป็นไอออนที่สูงกว่าและในทางกลับกัน:
ก) Fe 2+ ใน Fe 3+
b) ตั้งแต่ V ถึง As III
2. หากต้องการค้นหาไอออนที่ให้ปฏิกิริยาลักษณะเฉพาะกับตัวออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์:
H+ในฐานะ III Ag+
M n 2+ MnO 4 - เมื่อ -3 H 3 เมื่อ +3
H2OMnO2AsV
3. เพื่อแยกไอออนที่ถูกออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ให้กลายเป็นสารประกอบที่ละลายน้ำได้ไม่ดี
H2O2
Mn2+ MnO2 ¯ .
เขา -
4. ในเชิงปริมาณ
ปฏิกิริยารีดอกซ์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเฉพาะในการวิเคราะห์เชิงคุณภาพของแคตไอออนเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการวิเคราะห์แอนไอออนด้วย
ดังนั้น ในระหว่างการวิเคราะห์แอนไอออน จะทำการทดสอบแอนไอออนออกซิไดซ์ (Cr2O72-, AsO43-, NO3-) โดยการกระทำของสารละลาย KI ในตัวกลางที่เป็นกรดโดยมีคลอโรฟอร์มอยู่ ซึ่งจะผลิตไอโอดีนอิสระออกมาเป็นสีอะไรชั้นคลอโรฟอร์มเป็นสีแดงม่วง
นอกจากนี้ยังมีการทดสอบเพื่อลดประจุลบ (C 2 O 4 2-, S 2 O 3 2-,S 2- , SO 3 2- , AsO 3 3- , I - , NO 2 -) ขึ้นอยู่กับการลดสีของสารละลายไอโอดีนในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดเล็กน้อย (ยกเว้น AsO 3 3- ซึ่งพบได้ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างเล็กน้อย)
การทดสอบด้วยเข้มข้น H 2 SO 4 (Cl -, Br -, I -, CrO 4 2-, NO 3 -, SO 3 2-, S 2 O 3 2-ฯลฯ) ด้วย สิ่งนี้จะปล่อยผลิตภัณฑ์ที่เป็นก๊าซ (Cl 2, I 2, CO 2 ฯลฯ )
สำหรับการตรวจจับรีดิวซ์แอนไอออน เช่น SO 3 2-และ ค 2 O 4 2- , NO 2 - ใช้ปฏิกิริยาที่ส่งผลให้เกิดการฟอกสีโซลูชั่น KMnO4
2. ค่าคงที่สมดุลของปฏิกิริยารีดอกซ์
ในหลายกรณี ไม่เพียงแต่ต้องรู้ทิศทางเท่านั้นปฏิกิริยารีดอกซ์แต่ยังสมบูรณ์แค่ไหนอีกด้วยการรั่วไหล ดังนั้นในการวิเคราะห์เชิงปริมาณจึงใช้ปฏิกิริยาเหล่านั้นความคืบหน้าเกือบ 100% (หรือใกล้เคียงกัน) ระดับวิถีของปฏิกิริยาถูกกำหนดโดยค่าคงที่สมดุล
ความลึกของการผ่านของปฏิกิริยา OB ถูกกำหนดโดยค่าคงที่สมดุล:
aОх 1 + bRed 2 = aRed 1 + bОх 2
aОх 1 + ne = aสีแดง 1 .
bRed 2 + ne = bОх 2
ที่สภาวะสมดุล E 1 = E 2
½ ½
เค เท่ากัน
นั่นเป็นเหตุผล 
เค เท่ากัน = .
n คือจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยสมบูรณ์จะต้องมีค่าคงที่มากกว่า 10 8 (โดยมีเงื่อนไขว่า 99.99% ของสารตั้งต้นจะถูกจับกัน)
นั่นคือ, 
.
ดีอี 0 ³ + 0.4 โวลต์ (n=1)
ดีอี 0 ³ + 0.2 โวลต์ (n=2)
จากสมการสุดท้ายจะตามมาว่ายิ่งผลต่างมากเท่าไรศักย์ไฟฟ้า (E 0 Ox - E 0 Red) ยิ่งค่าคงที่สมดุลมากเท่าไรก็ยิ่งสมบูรณ์มากขึ้นเท่านั้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นจากซ้ายไปขวา อย่างไรก็ตามก็ควรจะจำไว้ว่าค่าคงที่สมดุลที่มากไม่ได้บ่งชี้ถึงค่าที่สูงความเร็วของกระบวนการ
อัตราการเกิดปฏิกิริยาขึ้นอยู่กับปัจจัยต่อไปนี้:เช่น กลไกการเกิดปฏิกิริยา ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ อุณหภูมิของสารละลายการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาหรือสารยับยั้ง
อัตราการเกิดปฏิกิริยาเพิ่มขึ้นตามความเข้มข้นที่เพิ่มขึ้นรีเอเจนต์รวมถึงอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น มักจะเพิ่มขึ้นอุณหภูมิ 10° จะทำให้ปฏิกิริยาเร่งขึ้น 2-4 เท่า ดังนั้น,ตัวอย่างเช่นเมื่อโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตทำปฏิกิริยากับสารละลายของกรดออกซาลิกปฏิกิริยาของกรดจะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ และเพื่อเร่งให้เร็วขึ้น สารละลายจะถูกให้ความร้อน
นอกจากนี้ปฏิกิริยานี้ยังเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาอัตโนมัติ (ตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นหนึ่งในผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา - Mn 2+ ไอออน)
ในหลายกรณีที่เรียกว่าคอนจูเกตหรือทำให้เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์
ตัวอย่างเช่นในระหว่างการออกซิเดชันของ Fe 2+ ไอออนในสารละลายโดยโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตบางส่วนถูกทำให้เป็นกรดด้วยกรดไฮโดรคลอริกสำหรับการเกิดออกซิเดชันของคลอไรด์:
2MnO 4 – + 10Cl – + 16H + ® 2Mn 2+ + 5Cl 2 + 8H 2 O
ในกรณีที่ไม่มีไอออน Fe 2+ ปฏิกิริยานี้จะไม่เกิดขึ้นแม้ว่าจะมีความแตกต่างก็ตามศักย์มาตรฐานยอมให้เกิดขึ้นได้ เพื่อหลีกเลี่ยงปฏิกิริยาข้างเคียง กระบวนการนี้ดำเนินการในสารละลายที่เป็นกรดกรดซัลฟูริก.
3. อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ต่อค่าศักย์ไฟฟ้า
มูลค่าของศักยภาพที่แท้จริงได้รับอิทธิพลจากสิ่งนี้ปัจจัยต่างๆ เช่น pH ของตัวกลาง ความเข้มข้นของรีเอเจนต์ การเกิดภาวะเชิงซ้อนการก่อตัวของฝน ฯลฯ
ควรสังเกตว่าค่า pH ของสิ่งแวดล้อมมีผลกระทบต่อความเป็นจริงศักยภาพไม่เพียงแต่ในกรณีที่รวมความเข้มข้นของ H+ และ OH- ไอออนไว้ด้วยลงในสมการ Nernst แต่บางครั้งในกรณีที่ไม่อยู่ในสมการนี้
อาจเนื่องมาจากการเปลี่ยนแปลงรูปแบบของไอออนในสารละลาย(ผลกระทบต่อพลังน้ำ lytic และกระบวนการสมดุลอื่น ๆ )
ตามที่ระบุไว้ ศักยภาพของคู่รีดอกซ์ E 0 MnO4-/Mn2+ ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของไฮโดรเจนไอออน (ค่าที่ระบุอาจแตกต่างกันไป1.51 V ถึง 1.9 V) ดังนั้นคุณสมบัตินี้จึงถูกนำมาใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชันแบบแยกส่วนของเฮไลด์แอนไอออนเป็นฮาโลเจนอิสระ
ดังนั้นที่ pH 5 ถึง 6 เปอร์แมงกาเนตจะออกซิไดซ์เฉพาะไอโอไดด์เท่านั้น (E 0 I2/ 2I- = 0.53บี), ที่ pH 3 โบรไมด์จะถูกออกซิไดซ์ (E 0 Br2/2Br- = 1.06 B) และมีนัยสำคัญเท่านั้นที่ความเป็นกรดสูง คลอไรด์จะถูกออกซิไดซ์ (E 0 Cl2/2Cl- = 1.395 B)
1) อิทธิพลของความแรงของไอออนิกของสารละลาย
การเปลี่ยนแปลงความแรงของไอออนของสารละลายทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงค่าสัมประสิทธิ์กิจกรรมของไอออน ประจุของไอออนในรูปแบบออกซิไดซ์มักจะแตกต่างจากประจุในรูปแบบรีดิวซ์ ดังนั้นกิจกรรมของพวกมันจึงเปลี่ยนไปแตกต่างกัน หากอัตราส่วนของกิจกรรมในสูตร Nernst เพิ่มขึ้น ศักยภาพรีดอกซ์จะเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน
สะดวกในการคำนึงถึงอิทธิพลของความแรงของไอออนิกของสารละลายโดยใช้ศักยภาพที่แท้จริง
สำหรับการคำนวณโดยประมาณมักใช้สูตร:
นั่นคือ แทนที่จะใช้ศักยภาพมาตรฐานที่แท้จริง จะใช้ศักยภาพ OB มาตรฐานปกติแทน
2) อิทธิพลของความเข้มข้นของส่วนประกอบคู่รีดอกซ์
จากสมการ Nernst จะได้ว่า E=f(C Ox, C Red) การเพิ่มขึ้นของ C Ox และการลดลงของ C Red ส่งผลให้มีศักยภาพเพิ่มขึ้นและในทางกลับกัน ถ้ารูปแบบออกซิไดซ์เป็น 100 เท่าของความเข้มข้นของรูปแบบรีดิวซ์ ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าจะเกินศักย์มาตรฐานที่แท้จริงโดย 
ใน.
ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงอัตราส่วนความเข้มข้นทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักยภาพค่อนข้างน้อย ดังนั้นเราจึงสามารถพูดได้ว่า บทบาทหลักในคุณค่าของศักยภาพนั้นเล่นโดยศักยภาพมาตรฐานที่แท้จริงนั่นคือลักษณะทางเคมีของส่วนประกอบของคู่รีดอกซ์.
3) อิทธิพลของ pH ของสารละลาย
ในกรณีส่วนใหญ่ ไฮโดรเนียมไอออนหรือไฮดรอกไซด์ไอออนมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนรีดอกซ์ในสารละลายที่เป็นน้ำ ในกรณีนี้ไฮโดรเนียมไอออนมีส่วนร่วมในกระบวนการลดรูปแบบออกซิไดซ์:
Ox + aH + + ne= แดง + n/2 H 2 O,
และไฮดรอกไซด์ไอออน - ในกระบวนการออกซิเดชั่นในรูปแบบรีดิวซ์:
Ox + a/2 H 2 O + ne= แดง + aOH - .
ในทั้งสองกรณี เมื่อคำนึงถึงอิทธิพลของ pH ของสารละลาย จะสะดวกที่จะใช้ศักยภาพมาตรฐานที่แท้จริง:
ที่ไหน
ยิ่งค่า pH ของสารละลายต่ำ ค่าศักย์มาตรฐานที่แท้จริงก็จะยิ่งสูงขึ้น กล่าวคือ สารออกซิไดซ์ในรูปแบบออกซิไดซ์จะมีพลังมากขึ้น ค่าของศักยภาพของคู่ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ขึ้นอยู่กับอัตราส่วนของความเข้มข้นของคู่รีดอกซ์ทั้งสองรูปแบบ:
มีกฎต่อไปนี้สำหรับการสร้างสภาพแวดล้อมปฏิกิริยาจำเป็นสำหรับการไหลของกระบวนการที่เหมาะสมที่สุด:ถ้าเป็นผล ปฏิกิริยารีดอกซ์จะสะสม H + หรือ OH – - ไอออนแล้วจึงจำเป็นต้องสร้างสภาพแวดล้อมที่มี คุณสมบัติตรงกันข้าม (เป็นด่างหรือเป็นกรดตามลำดับ)
นอกจากนี้สำหรับปฏิกิริยาคุณต้องใช้ส่วนประกอบ (ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์) ที่ทำปฏิกิริยาในสภาพแวดล้อมเดียวกัน มิฉะนั้นในกรณีนี้ กระบวนการอาจถูกยับยั้ง
หากไฮดรอกไซด์ไอออนมีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ เราก็จะได้:
5) อิทธิพลของความซับซ้อน
อิทธิพลนี้มีความสำคัญมาก ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการไตเตรท Fe 2+ ไอออนด้วยไบโครเมต การเติม H 3 PO 4 ช่วยให้รูปแบบออกซิไดซ์ของ Fe 3+ ถูกผูกไว้เป็นสารเชิงซ้อน ซึ่งเป็นผลมาจากขนาดของการไตเตรทกระโดดอย่างมาก เพิ่มขึ้น
ลักษณะเชิงปริมาณของอิทธิพลจะได้รับการพิจารณาเมื่อศึกษาปฏิกิริยาเชิงซ้อน
หน่วยงานกลางเพื่อการศึกษา
____________________________________________________________
สถาบันการศึกษาของรัฐที่มีการศึกษาวิชาชีพขั้นสูง สถาบันเทคโนโลยีแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (มหาวิทยาลัยเทคนิค)
______________________________________________________________
ภาควิชาเคมีเชิงฟิสิกส์
Ilyin A.A., Naraev V.N., Smirnova E.N., Fomicheva T.I.
ความรู้พื้นฐานทางเคมีของกระบวนการรีดอกซ์
แนวทางการฝึกปฏิบัติ
เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก
ยูดีซี 541(076.5)
พื้นฐานของเคมีของกระบวนการรีดอกซ์: แนวทางสำหรับการฝึกหัดภาคปฏิบัติ / A.A. Ilyin, V.N. Naraev, E.N. Smirnova, T.I. Fomicheva - เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก,: มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (TU), 2549 – 52 อ.
แนวปฏิบัติดังกล่าวจะอภิปรายโดยย่อเกี่ยวกับแนวคิดพื้นฐานของทฤษฎีกระบวนการรีดอกซ์ มีการนำเสนอเทคนิคสำหรับการทำนายผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา โดยขึ้นอยู่กับเงื่อนไขในการใช้งาน การร่างสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ และการเลือกสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ มีการอธิบายการเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์และคุณสมบัติของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ที่สำคัญที่สุด คู่มือนี้ยังรวมถึงส่วนต่างๆ ด้วย
แนะนำสำหรับนักศึกษาสาขาวิชาพิเศษที่ไม่ใช่สารเคมีในมหาวิทยาลัยเพื่อใช้ในชั้นเรียนภาคปฏิบัติและห้องปฏิบัติการ เพื่อเตรียมสอบวิชาเคมีทั่วไปและเคมีพิเศษ และเป็นสื่อเพิ่มเติมเมื่อเรียนหลักสูตร “การกัดกร่อนของอุปกรณ์เคมี” เนื่องจากกระบวนการกัดกร่อนเป็นไปตาม เรื่องปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดิวซ์
รูปที่ 3 ตาราง 2, บรรณานุกรม. 8 เรื่อง
ผู้วิจารณ์:
A.N. Belyaev ปริญญาเอกสาขาวิทยาศาสตร์เคมี ศาสตราจารย์ ภาควิชาเทคโนโลยีเคมีของตัวเร่งปฏิกิริยา มหาวิทยาลัยเทคนิคแห่งรัฐเซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก (TU)
ได้รับการอนุมัติในที่ประชุมคณะกรรมการการศึกษาและระเบียบวิธีของแผนกเคมีเมื่อวันที่ 11 กันยายน 2549
การแนะนำ
ผู้เชี่ยวชาญสมัยใหม่ในด้านเทคโนโลยีสารสนเทศที่ทำงานในสถานประกอบการอุตสาหกรรมเคมีจะต้องมั่นใจในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพของอุปกรณ์ไฟฟ้า เครือข่ายการสื่อสาร ระบบควบคุมอัตโนมัติ และระบบควบคุมกระบวนการ ซึ่งเขาจำเป็นต้องมีความเข้าใจเกี่ยวกับกระบวนการทางเคมีเช่นออกซิเดชันการลด , การกัดกร่อน, อิเล็กโทรไลซิส
กระบวนการรีดอกซ์รองรับอุตสาหกรรมไฟฟ้าเคมีหลายประเภท (อิเล็กโทรไลซิส ไพโรอิเล็กโตรเมทัลโลวิทยา โลหะโลเทอร์มี ไฮโดรเมทัลโลโลยี กระบวนการเตาถลุงเหล็ก ฯลฯ) การผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีคุณค่ามากมาย ตลอดจนการแปลงพลังงานเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าในเซลล์ไฟฟ้าและเซลล์เชื้อเพลิง
ปฏิกิริยารีดอกซ์มีความสำคัญต่อการทำงานและกิจกรรมที่สำคัญของระบบชีวภาพ (การสังเคราะห์ด้วยแสง การหายใจ การย่อยอาหาร การหมัก และการสลายตัว) ควบคู่ไปกับการไหลเวียนของสารในธรรมชาติ
ในเคมีวิเคราะห์ วิธีการที่ใช้ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (โพเทนชิโอเมทรี, รีดอกซิเมทรี, คูลอมเมตริก, โพลาโรกราฟี ฯลฯ) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย
1. ปฏิกิริยารีดอกซ์
ลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยาเคมีสามารถแบ่งออกเป็นสองประเภทที่แตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ ปฏิกิริยาแรกรวมถึงปฏิกิริยาในระหว่างที่สถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบเป็นสารที่ทำปฏิกิริยาไม่เปลี่ยนแปลง ปฏิกิริยาดังกล่าวคือ:
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน เช่น
BaCl2 + K2 SO4 = BaSO4 + 2 KCl;
ปฏิกิริยาการเชื่อมต่อ เช่น
CaO + 2 H2 O = Ca(OH)2 ;
ปฏิกิริยาการสลายตัว เป็นต้น
CaCO3 = CaO + CO2
อีกประเภทหนึ่งได้แก่ ปฏิกิริยาเคมีในระหว่างนั้น
สถานะออกซิเดชันของอะตอมเปลี่ยนไป . เช่นในการทำปฏิกิริยา
สังกะสี + 2 HCl = ZnCl2 + H2
อะตอมของสังกะสีและไฮโดรเจนเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า รีดอกซ์. การเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันเกิดขึ้นจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือไอออนหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง
ออกซิเดชันเป็นกระบวนการที่อนุภาค (อะตอม โมเลกุล ไอออน) ให้อิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป สารที่มีโมเลกุล อะตอม หรือไอออนสามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้ ซึ่งเพิ่มสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เกี่ยวข้องเรียกว่า ผู้ฟื้นฟู. อยู่ในขั้นตอนการบริจาคอิเล็กตรอน สารรีดิวซ์จะถูกออกซิไดซ์.
การกู้คืนเป็นกระบวนการที่อนุภาค (อะตอม โมเลกุล ไอออน) เพิ่มอิเล็กตรอนตั้งแต่หนึ่งตัวขึ้นไป สารที่มีโมเลกุล อะตอม หรือไอออนสามารถเพิ่มอิเล็กตรอนได้ ซึ่งทำให้สถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เกี่ยวข้องลดลง เรียกว่าสารออกซิไดซ์ ในระหว่างกระบวนการเติมอิเล็กตรอน สารออกซิไดซ์จะลดลง.
เป็นตัวอย่าง ให้พิจารณาปฏิกิริยาการก่อตัวของเหล็กซัลไฟด์จากสารอย่างง่าย (เหล็กและซัลเฟอร์):
ในระหว่างปฏิกิริยานี้ อะตอมของเหล็กที่สูญเสียอิเล็กตรอนไปสองตัวจะถูกออกซิไดซ์ ทำให้สถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้นจากศูนย์เป็นบวกสอง (กระบวนการออกซิเดชัน):
เฟ - 2 ē → เฟ
ในเวลาเดียวกันอะตอมของกำมะถันซึ่งรับอิเล็กตรอนสองตัวจะลดลงทำให้สถานะออกซิเดชันลดลงจากศูนย์เป็นลบสอง (กระบวนการลด):
S + 2 ē → S
การเกิดออกซิเดชันของเหล็กเกิดขึ้นเนื่องจากซัลเฟอร์ซึ่งอิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนเนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติตีมากกว่า เมื่อรับอิเล็กตรอนและทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ ซัลเฟอร์จะลดลง และเหล็กซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์จะถูกออกซิไดซ์
สถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารประกอบ
สถานะออกซิเดชัน 1 ขององค์ประกอบทางเคมี (ต่อไปนี้เราจะเขียนแทนด้วยตัวอักษรละติน n) คือประจุตามเงื่อนไขของอะตอมในสารประกอบ ซึ่งคำนวณภายใต้สมมติฐานว่าพันธะทั้งหมดในโมเลกุลออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์นั้นเป็นไอออนิก กล่าวอีกนัยหนึ่งสถานะออกซิเดชัน คือประจุไฟฟ้าที่จะเกิดขึ้นบนอะตอมถ้าคู่อิเล็กตรอนทั้งหมดที่อะตอมนั้นสร้างพันธะเคมีกับอะตอมอื่นในสารประกอบถูกเลื่อนไปทางอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตีมากที่สุดโดยสิ้นเชิง ค่านี้มีลักษณะเป็นทางการและในกรณีส่วนใหญ่อยู่ไกลจากค่าที่แท้จริงของประจุไฟฟ้าที่เกิดขึ้นบนอะตอมเนื่องจากการกระจัดของเมฆอิเล็กตรอน
เลขออกซิเดชันสามารถรับค่าลบ บวก (จำนวนเต็มและเศษส่วน) หรือค่าศูนย์ และวางไว้เหนือสัญลักษณ์องค์ประกอบในสูตรผสมโดยมีเครื่องหมายบวกหรือลบนำหน้า เช่น
KMnO4 |
H2SO4 |
อะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติตีส่วนใหญ่จะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบในสารประกอบ ซึ่งเมฆอิเล็กตรอนที่เชื่อมต่อกันจะเคลื่อนตัวไปทางนั้น อะตอมที่บริจาคอิเล็กตรอนให้กับอะตอมอื่นจะได้รับสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก
ระดับของการเกิดออกซิเดชันขององค์ประกอบในไอออนที่มีอะตอมเดี่ยวนั้นเกิดขึ้นพร้อมกับประจุของพวกมัน เมื่อสร้างปฏิกิริยารีดอกซ์ ประจุของไอออนในชีวิตจริงมักจะเขียนด้วยเครื่องหมายหลังตัวเลข ตัวอย่างเช่น,
นา 1+ Ca 2+ เฟ 3+ NO 3 - SO 4 2- PO 4 3-
1 ในวรรณคดีเรียกอีกอย่างว่าเลขออกซิเดชัน - จากภาษาอังกฤษ - เลขออกซิเดชัน
มักละเว้นหน่วยนี้ไว้เมื่อบันทึกสถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบ (ประจุของไอออน)
สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบในสารประกอบควรแยกความแตกต่างจากความจุของมัน ซึ่งสถานะแรกอาจไม่ตรงกัน ตามทฤษฎีของพันธะเวเลนซ์ วาเลนซ์มีลักษณะเชิงปริมาณด้วยจำนวนพันธะโควาเลนต์ที่อะตอมก่อตัวขึ้นกับอะตอมอื่นในสารประกอบ กล่าวคือ มันถูกแสดงเป็นจำนวนเต็มที่ไม่ได้ลงนามที่ไม่ใช่ศูนย์ ตัวอย่างเช่น สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนในสารประกอบ CH4, CH3Cl, CHCl3, CCl4 คือ -4, -2, +2, +4 ตามลำดับ ความจุของคาร์บอนเช่น จำนวนพันธะโควาเลนต์ที่เกิดขึ้นในสารประกอบทั้งหมดนี้คือ 4
ในการกำหนดระดับการเกิดออกซิเดชันของอะตอมของธาตุในสารประกอบ ควรปฏิบัติตามข้อกำหนดต่อไปนี้:
1. ไฮโดรเจนในสารประกอบส่วนใหญ่มีสถานะออกซิเดชันที่ +1 ข้อยกเว้น: ไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ
(NaH, KH, CaH2 เป็นต้น) ซึ่งสถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ n = -1
2. ออกซิเจนในสารประกอบส่วนใหญ่มีสถานะออกซิเดชันเท่ากับ n = -2
ข้อยกเว้น:
ก) เปอร์ออกไซด์ (H2 O2, Na2 O2, K2 O2, BaO2 ฯลฯ ) ซึ่งสถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนคือ n = -1;
b) ซูเปอร์ออกไซด์ (KO2, RbO2, CsO2 ฯลฯ ) ซึ่งสถานะออกซิเดชัน -1 มีซูเปอร์ออกไซด์ไอออนเชิงซ้อน -1 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของอะตอมออกซิเจนแต่ละอะตอมคือ n = -1/2;
c) โอโซน (KO3, RbO3, CsO3 ฯลฯ) โดยที่โอโซไนด์ไอออน -1 มีประจุลบเพียงประจุเดียว ดังนั้น สถานะออกซิเดชันอย่างเป็นทางการของออกซิเจนแต่ละอะตอมคือ n = -1/3;
d) ออกซิเจนฟลูออไรด์ OF2 และ O2 F2 โดยที่สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือตามลำดับ n = +2 และ n = +1
3. สถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบในสารอย่างง่าย (N2, Cl2, O2, Pb, Cu ฯลฯ ) จะถือว่าเป็นศูนย์
4. ระดับออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบจะแสดงโดยโลหะอัลคาไล (n = +1) โลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่มที่สองของตารางธาตุสังกะสีและแคดเมียม (n = +2)
5. สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดของอะตอมธาตุถูกกำหนดโดยหมายเลขกลุ่มในตารางธาตุของ D.I. Mendeleev ข้อยกเว้นคือองค์ประกอบของกลุ่มย่อยทองแดง (Cu, Ag, Au) ออกซิเจน ฟลูออรีน รวมถึงโลหะของกลุ่มที่แปด
6. ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดขององค์ประกอบที่รวมอยู่ในโมเลกุลของสารประกอบเคมีจะเท่ากับศูนย์เสมอ
ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นไอออนเชิงซ้อนจะเท่ากับประจุของมัน
ตามกฎเหล่านี้เพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบในสารประกอบเช่นไนโตรเจนในแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์ NH4 OH สมการของแบบฟอร์มจะถูกวาดขึ้น
NH4OH |
5 (+1) + 1 (-2) + 1n = 0 |
เมื่อแก้สมการด้วยปริมาณที่ไม่ทราบค่าหนึ่งเกี่ยวกับสถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนในสารประกอบ เราจะได้ n = -3
สถานะออกซิเดชันหลักขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักแสดงไว้ในตารางที่ 1 จะเห็นได้ว่าสถานะออกซิเดชันสูงสุดขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักในสารประกอบตามกฎแล้วเกิดขึ้นพร้อมกับหมายเลขกลุ่มของธาตุ โต๊ะ.
กฎสำหรับการใช้ตารางธาตุซึ่งช่วยให้คุณระบุสถานะออกซิเดชันที่เสถียรได้แสดงไว้ในตารางที่ 1
ตารางที่ 1. สถานะออกซิเดชันในสารประกอบขึ้นอยู่กับตำแหน่งขององค์ประกอบทางเคมีในตารางธาตุ
หมายเลขหมู่ในตารางธาตุ N
สูงสุด |
เป็นไปได้ |
||||||||||
ออกซิเดชัน |
หมายเลขกลุ่ม |
||||||||||
องค์ประกอบเข้า |
|||||||||||
การเชื่อมต่อ |
ระดับกลาง |
สถานะออกซิเดชัน |
|||||||||
เท่ากับจำนวน |
องค์ประกอบ |
ในการเชื่อมต่อจะเท่ากัน |
|||||||||
กลุ่มลบสอง 2: |
|||||||||||
น้อยที่สุด |
เป็นไปได้ |
||||||||||
ออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบมีค่าเท่ากับ |
|||||||||||
หมายเลขกลุ่มลบแปด: |
|||||||||||
ตัวอย่างเช่น สำหรับซัลเฟอร์ซึ่งอยู่ในกลุ่มที่ 6 สถานะออกซิเดชันที่เสถียรจะเป็น +6, +4, -2 สำหรับองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม VII (ยกเว้น F) ดังที่แสดงในตาราง สถานะออกซิเดชันที่เสถียรคือ: +7, +5, +3, +1, -1
2 ไนโตรเจนมีสถานะออกซิเดชันระดับกลางหลายสถานะ: +4, +3, +2, +1
สำหรับองค์ประกอบการเปลี่ยนแปลง จะต้องจำได้สถานะออกซิเดชันที่เสถียรต่อไปนี้: Cu +2, (+1); เอจี+1; ออสเตรเลีย +3, +1; สังกะสี +2; ซีดี+2; ปรอท +2 (+1); Cr +6, +3; มิน +7, +6, +4, +2; เฟ +3, +2; โค+2; นี +2.
หมายเหตุ 3! ดังที่เห็นได้ ตรงกันข้ามกับวาเลนซี สถานะออกซิเดชัน
อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีในสารประกอบสามารถรับค่าจำนวนเต็มและเศษส่วนค่าบวกและค่าลบและในสารธรรมดาจะเท่ากับศูนย์
ประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์
ในบรรดาปฏิกิริยารีดอกซ์หลายชนิด แบ่งได้ 3 ประเภท:
-- ระหว่างโมเลกุลลดการเกิดออกซิเดชัน;
-- ภายในโมเลกุลลดการเกิดออกซิเดชัน
-- ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วนตามสถานะออกซิเดชัน (เรียกอีกอย่างว่าปฏิกิริยาการสลายหรือการเกิดออกซิเดชันในตัวเอง - ปฏิกิริยาการรักษาด้วยตนเอง)
ใน ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลลดการเกิดออกซิเดชัน สถานะออกซิเดชันจะเปลี่ยนไปตามอะตอมของธาตุที่ประกอบเป็นโมเลกุลต่างๆ เช่น
2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2
ปฏิกิริยาความไม่สมส่วนโดยสถานะออกซิเดชัน
(การสลาย) คือปฏิกิริยาที่อะตอมของธาตุเดียวกันซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบเดียวกัน ทำหน้าที่เป็นทั้งตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์ เช่น
NH4 NO3 = N2 + 2 H2 O
3 หมายเหตุ! = โน๊ต เบ็น! กรุณาให้ความสนใจ!
ในปฏิกิริยาข้างต้น สถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนจะเท่ากัน: ในแอมโมเนียมไนเตรต ไนโตรเจนมีอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกันสองสถานะ -3 และ +3 และในโมเลกุลไนโตรเจนที่เกิดขึ้นจากผลของปฏิกิริยา อะตอมไนโตรเจนมีสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์ .
คุณสมบัติรีดอกซ์ขององค์ประกอบขึ้นอยู่กับโครงสร้างของอะตอม
การเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์สันนิษฐานว่ามีอยู่ในระบบปฏิกิริยาของอะตอม โมเลกุล หรือไอออนซึ่งอยู่ตรงข้ามกันกับความสามารถในการบริจาคหรือรับอิเล็กตรอน
ในช่วงที่ประจุนิวเคลียสของอะตอมขององค์ประกอบเพิ่มขึ้น คุณสมบัติรีดิวซ์ของสารอย่างง่ายจะลดลง และคุณสมบัติออกซิไดซ์จะเพิ่มขึ้นถึงค่าสูงสุดสำหรับฮาโลเจน
ในกลุ่มย่อยหลักของระบบธาตุ เมื่อประจุของนิวเคลียสเพิ่มขึ้น คุณสมบัติรีดิวซ์จะเพิ่มขึ้น และคุณสมบัติออกซิไดซ์จะลดลง
อะตอมของโลหะมีคุณสมบัติเพียงลดลงเนื่องจากมีอิเล็กตรอน 1, 2 หรือ 3 ตัวในระดับพลังงานภายนอก ความสามารถของอะตอมโลหะในการบริจาคอิเล็กตรอนและเปลี่ยนเป็นแคตไอออนนั้นมีคุณลักษณะเฉพาะด้วยศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออน ยิ่งค่าพลังงานไอออไนซ์ต่ำลง ความสามารถในการรีดิวซ์ของโลหะก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้นเท่านั้น สารรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งที่สุดคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ท
ขึ้นอยู่กับความแข็งแรงของคุณสมบัติรีดิวซ์ โลหะจะถูกจัดอันดับจากมากไปน้อย (ดูรูปที่ 1) ลำดับการจัดเรียงองค์ประกอบทางเคมีตามความสามารถในการรีดิวซ์ดังแสดงในรูปที่ 2 เรียกว่า ใกล้แรงดันไฟฟ้าหรือ กิจกรรมของโลหะ.
Li Cs K Ca Na Mg Al Zn Fe Co Ni Sn Pb H2 Cu Ag Hg Au
เสริมสร้างความสามารถ (คุณสมบัติ) ของอะตอมในการให้อิเล็กตรอน (เสริมสร้างคุณสมบัติรีดิวซ์ของอะตอมให้แข็งแกร่งขึ้น)
Li + Cs + K + Ca 2+ Na + Mg 2+ อัล 3+ Zn 2+ Fe 2+ Co 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Ag + Hg 2+ Au 3+
เสริมสร้างความสามารถของไอออนในการยึดเกาะอิเล็กตรอน (เพิ่มคุณสมบัติการออกซิไดซ์ของไอออน)
รูปที่ 1 ชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าของโลหะ (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด)
สารออกซิไดซ์ที่พบบ่อยที่สุดสามารถวางในแถวที่คล้ายกันโดยเรียงลำดับจากมากไปหาน้อย (จากซ้ายไปขวา) ของความสามารถในการออกซิไดซ์ (ดูรูปที่ 2)
F2 > MnO 4 -> PbO2 > HClO > ClO4 -> BrO4 -> Cr 2 O 7 2- > Cl 2 > MnO2 >
> O2 > Br2 > ไม่ 2 - > NO3 - > Fe3+ > I2 > O 4 2-
รูปที่ 2 คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของสารออกซิไดซ์ที่สำคัญที่สุดตามลำดับความแรงของความสามารถในการออกซิไดซ์จากมากไปหาน้อย (ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด)
ดังที่เห็นได้จากรูปที่ 2 ฟลูออรีนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด พลังออกซิไดซ์ของฮาโลเจนในกลุ่มจากบนลงล่างอ่อนลง ในเวลาเดียวกัน ความสามารถในการรีดิวซ์ของเฮไลด์แอนไอออนจาก F- ถึง I- จะเพิ่มขึ้น
คุณสมบัติรีดอกซ์ของสารเชิงซ้อนขึ้นอยู่กับระดับของการเกิดออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่เปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยา
คุณสมบัติการออกซิเดชั่นเป็นลักษณะของสารเชิงซ้อนซึ่งอะตอมขององค์ประกอบที่สามารถเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันจะอยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุด ตัวอย่างเช่น สารออกซิไดซ์แบบแอคทีฟ (และตัวออกซิไดซ์เท่านั้น!) ได้แก่ โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO4, โพแทสเซียมไบโครเมต K2 Cr2 O7, กรดซัลฟูริก H2 SO4 (เข้มข้น!) เนื่องจากอะตอมของแมงกานีส โครเมียม และซัลเฟอร์อยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุดที่เป็นไปได้สำหรับ พวกมันจึงรับได้เฉพาะอิเล็กตรอนเท่านั้น
เฉพาะสารที่มีอะตอมอยู่ในสถานะออกซิเดชันต่ำสุดเท่านั้นที่สามารถทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ได้
ความเป็นคู่รีดอกซ์แสดงโดยสารซึ่งสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เปลี่ยนแปลงมีค่ากลางระหว่างค่าสูงสุดและค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ เช่น เมื่อสัมพันธ์กับรีเอเจนต์บางชนิด สารดังกล่าวสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ได้ และเมื่อสัมพันธ์กับสารตัวอื่น สารดังกล่าวสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ได้
การเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ที่สำคัญที่สุด
เมื่อเริ่มรวบรวมสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ จำเป็นต้องค้นหาว่าสารใดที่ทำปฏิกิริยาจะทำหน้าที่ของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ รวมถึงผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ขึ้นอยู่กับความเป็นกรดของตัวกลาง
การเปลี่ยนแปลงรีดอกซ์ของสารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ที่ใช้บ่อยที่สุดมีระบุไว้ในภาคผนวก จากข้อมูลที่ให้ไว้ในภาคผนวกจะเห็นได้ชัดเจนว่าสภาพแวดล้อมและสภาวะต่างๆ