Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

8.6: Деякі загальні відновлювачі

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    20516

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Знати виникнення і властивості водню.
    • Знайте реакції, що включають загальні відновники, такі як вуглець, водень та антиоксиданти.

    Видобуток металу

    Виплавка - це процес подачі тепла до руди з метою вилучення основного металу. Він використовує тепло і хімічний відновник для розкладання руди, залишаючи металеву основу позаду. Він використовується для видобутку багатьох металів з їх руд, включаючи срібло, залізо, мідь та інші неблагородні метали. Відновлювач зазвичай є джерелом вуглецю, такого як кокс - або, в більш ранні часи, деревне вугілля. Кокс - це сіре, тверде і пористе паливо з високим вмістом вуглецю і невеликою кількістю домішок, вироблене нагріванням вугілля або нафти за відсутності повітря.

    Кокс використовується при виплавці залізної руди, наприклад, в доменній печі. Реакцію можна представити наступним чином:

    \[ 2Fe_2O_3 + 3C → 4 Fe + 3 CO_2 \nonumber \]

    Антиоксиданти

    У харчовій хімії речовини, відомі як антиоксиданти, є відновниками. Вважається, що аскорбінова кислота (вітамін С;\(\ce{C6H8O6}\)) затримує потенційно шкідливе окислення живих клітин. В процесі вона окислюється до дегідроаскорбінової кислоти (\(\ce{C6H6O6}\)). У шлунку аскорбінова кислота знижує іон нітриту (\(\ce{NO_2^{−}}\)) до оксиду азоту (\(\ce{NO}\)):

    \[\ce{C_6H_8O_6 + 2H^{+} + 2NO_2^{−} \rightarrow C_6H_6O_6 + 2H_2O + 2NO} \label{Eq7} \]

    Якби реакція в Рівнянні\(\ref{Eq7}\) не відбулася, нітритні іони з харчових продуктів окислювали б залізо в гемоглобіні, руйнуючи його здатність переносити кисень.

    Токоферол (вітамін Е) також є антиоксидантом. Вважається, що в організмі вітамін Е діє шляхом очищення шкідливих побічних продуктів метаболізму, таких як високореактивні молекулярні фрагменти, які називаються вільними радикалами. У продуктах харчування вітамін Е діє, щоб запобігти окисленню жирів і, таким чином, прогорканию. Вітамін С також є хорошим антиоксидантом (рис.\(\PageIndex{2}\)).

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Цитрусові. Цитрусові, такі як апельсини, лимони та лайми, є хорошими джерелами вітаміну С, який є антиоксидантом. Клини рожевого грейпфрута, лайма та лимона, і половинка апельсина (за годинниковою стрілкою зверху). з Вікіпедії.

    Водень як відновник

    Великі кількості Н 2 необхідні в нафтовій та хімічній промисловості. Найбільше застосування Н 2 - для переробки («модернізації») викопного палива, а також у виробництві аміаку. Масове виробництво аміаку в основному використовує процес Хабера-Боша, реагуючи на водень (H 2) і азот (N 2) при помірно підвищеній температурі (450° C) і високому тиску (100 стандартних атмосфер (10 000 кПа)):

    \[ 3 H_2(g)+ N_2(g) → 2 NH_3(g) \nonumber \]

    H 2 має кілька інших важливих застосувань. Н 2 використовується як гідрогенізуючий агент (глава 17), особливо при підвищенні рівня насичення ненасиченими жирами та оліями (містяться в таких предметах, як маргарин), а також при виробництві метанолу. Аналогічно є джерелом водню при виготовленні соляної кислоти. Н 2 також використовується як відновник металевих руд.

    Водень газ є легкозаймистим, виробляючи велику кількість тепла, коли він реагує з газом кисню, як показано нижче.

    \[ 2 H_2(g) + O_2(g) → 2 H_2O(l) + 572 kJ \nonumber \]

    Водень утворює вибухонебезпечні суміші з повітрям в концентраціях від 4— 74% і з хлором при 5— 95%. Вибухові реакції можуть бути спровоковані іскрою, теплом або сонячним світлом.

    Більш уважний погляд на водню

    Водень входить в десятку найпоширеніших елементів на планеті, але дуже мало зустрічається в елементарній формі через його низьку щільність і реакційну здатність. Значна частина земного водню замкнена в молекулах води та органічних сполуках, таких як вуглеводні.

    Водень є паливом для реакцій Сонця та інших зірок (реакцій синтезу). Водень - найлегший і найпоширеніший елемент у Всесвіті. Близько 70% - 75% Всесвіту складається з водню по масі. Всі зірки - це, по суті, великі маси водневого газу, які виробляють величезну кількість енергії шляхом злиття атомів водню на їх щільних ядрах. У менших зірках атоми водню зіткнулися і злилися, утворюючи гелій та інші світлові елементи, такі як азот і вуглець (необхідні для життя). У великих зірок синтез виробляє легші та важчі елементи, такі як кальцій, кисень та кремній.

    ParseError: invalid DekiScript (click for details)
    Callstack:
    at (Хімія/Вступний,_концептуальний_та_ЗОБ_Хімія/Хімія_для_зміни_часів_(Hill_і_McCreary)/08:_Окислення_та_зменшення/8.06:_Деякі_загальні_відновлювачі), /content/body/div[4]/p[3]/span, line 1, column 1

    На Землі водень в основному зустрічається у зв'язку з киснем; найбільш поширеною його формою є вода (H 2 O). Водень становить всього 0,9% за масою і 15% за обсягом в достатку на землі, незважаючи на те, що вода покриває близько 70% планети. Оскільки водень настільки легкий, в атмосфері є лише 0,5 проміле (частин на мільйон), що добре, враховуючи, що він НАДЗВИЧАЙНО горючий.

    Водневий газ можна отримати, реагуючи розбавлену сильну кислоту, таку як соляні кислоти, з активним металом. Метал стає оксидами, в той час як Н + (з кислоти) відновлюється до газу водню. Цей метод практичний лише для виробництва невеликих кількостей водню в лабораторії, але є занадто дорогим для промислового виробництва:

    \[Zn_{(s)} + 2H^+_{(aq)} \rightarrow Zn^{2+}_{(aq)} + H_{2(g)} \nonumber \]

    Найчистіша форма Н 2 (г) може надходити від електролізу H 2 O (l), найпоширенішого водневого з'єднання на цій рослині. Цей метод також не є комерційно життєздатним, оскільки вимагає значної кількості енергії (\(\Delta H = 572 \;kJ\)):

    \[2H_2O_{(l)} \rightarrow 2H_{2(g)} + O_{2(g)} \nonumber \]

    \(H_2O\)є найпоширенішою формою водню на планеті, тому здається логічним спробувати витягти водень з води без електролізу води. Для цього ми повинні зменшити водень зі ступенем окислення +1 до водню зі ступенем окислення 0 (у водневому газі).

    Три часто використовувані відновники - вуглець (у коксі або вугіллі), окис вуглецю та метан. Вони вступають в реакцію з водяною парою форми H 2 (g):

    \[C_{(s)} + 2H_2O_{(g)} \rightarrow CO(g) + H_{2(g)} \nonumber \]

    \[CO_{(g)} + 2H_2O_{(g)} \rightarrow CO2 + H_{2(g)} \nonumber \]

    Реформування метану:

    \[CH_{4(g)} + H_2O_{(g)} \rightarrow CO(g) + 3H_{2(g)} \nonumber \]

    Ці три методи є найбільш промислово здійсненними (економічно ефективними) методами виробництва Н 2 (г).

    Резюме

    • Загальні відновники включають вуглець (у вигляді коксу або вугілля), газ водню, а також ті речовини, які згадуються в харчовій хімії як антиоксиданти (наприклад, аскорбінова кислота та вітамін Е).
    • Були наведені різні реакції за участю відновників.

    Дописувачі та атрибуція