Окислювально-відновні реакції
- Page ID
- 24611
Навички для розвитку
- Опишіть, що відбувається в окислювально-відновній реакції
- Визначте окислювально-відновні закономірності в періодичній таблиці
Окислювально-відновні реакції - це реакції, в яких електрони зміщують вірність. Вірність означає вірність або відданість групі, як ваша вірність своїй родині або вашій країні. Якщо ви вирішили залишити свій будинок і стати громадянином нової країни, ви змістили вірність. Звичайно, ви можете поділитися своєю вірністю між своєю старою країною та новою країною, будучи громадянином обох країн одночасно. Це схоже на те, що роблять електрони. Вони мають вірність ядру, а іноді під час реакції вони зміщують вірність іншому ядру. Вони можуть повністю змінити вірність, якщо нове ядро набагато краще для них, ніж старе, або вони можуть частково зміститися, і розділити свою лояльність між ними. (Крім того, електрони, як і люди, можуть проводити деякий час біля ядер, до яких вони не належать, так само, як ви можете відвідати країни, де ви не живете, а потім повернутися до свого головного ядра, хоча поїздки електронів набагато коротші за наші!)
Окислювально-відновні візерунки в періодичній таблиці
Всі нейтральні атоми мають популяцію електронів, рівну їх кількості протонів. Атоми, як і країни, завжди мають елітних громадян, до яких вони ставляться дуже добре (влада, гроші...), і ці елітні громадяни занадто зручні, щоб змінити вірність, якщо їх не викрадуть чи щось інше. На відміну від країн, атоми завжди мають лише невелику кількість неелітних громадян, від 0 до 8, приблизно, але зазвичай не більше 3 або 4. Ці неелітні електрони легко змістять вірність, якщо отримають кращу пропозицію.
Які хороші частини таблиці Менделєєва? Фтор схожий на небо для електронів, вони в основному ніколи не покинуть. Якщо фтор приймає іммігрантів, електрони підуть де-небудь ще, щоб перейти до F. Кисень є другим кращим. (Фтор здається нам неприємним, тому що ми не хочемо, щоб наші громадянини електрони залишали нас для фтору. У нас є робота для них!) Благородні гази знаходяться осторонь народів, їх популяції електронів майже ніколи не змінюються. Їхні громадяни не хочуть виїжджати, і вони також не хочуть жодних клопітних іммігрантів. Загалом, правий верхній кут таблиці Менделєєва - це хороші зручні нації для проживання. Зліва внизу таке погане місце для життя, що електрони будуть руйнувати майно в їх поспіху піти. (Дивіться це відео для прикладу) Це показує «рівень життя» у таблиці Менделєєва. Червоні елементи будуть, як правило, утримувати власні електрони і притягувати електрони з інших ядер; жовті елементи, як правило, втрачають свої неелітні електрони.
Іонні речовини схожі на союзи між народами з дійсно різним рівнем життя. Неелітні електрони металу будуть намагатися змістити вірність неметалу. У молекулярних речовині, також званих ковалентними, електрони матимуть подвійне громадянство, хоча вони можуть мати трохи більшу лояльність до одного ядра, ніж до іншого, оскільки це союзи між подібними зручними неметалевими ядрами.
Стани окислення: окислювально-відновлювально-відновлювальні з точки зору ядер
З усіма цими подвійними громадянинами електронів, при частковій лояльності до декількох ядер, може важко підрахувати популяцію електронів на кожному ядрі. Окислювальне число - одна процедура підрахунку. У цій процедурі електрони зараховуються як належні повністю до ядер, до яких вони відчувають найбільшу лояльність. Кількість електронів, які відчувають первинну лояльність до кожного ядра, підраховується і віднімається кількість протонів у цьому ядрі. Але є ярлики, щоб зробити це швидше, використовуючи правила валентності. Наприклад, в СО 2 кисень має нормальну валентність 2. Це означає, що він може приймати 2 додаткових електрона громадянина на ядро, тому воно має число окислення -2. Тому, оскільки є 2 ядра O, вуглець втрачає 4 електрони громадянина, які передають свою первинну лояльність О. Таким чином, вуглець має число окислення +4, оскільки в ньому на 4 менше по-справжньому лояльних електронів, ніж протони.
Як порахувати ступені окислення:
- У елементарній формі всі ядра мають окислення число 0
- У одноядерних іонів число окислення - це заряд
- Ядра лугу завжди мають окислювальне число +1, хіба що в металевому вигляді
- Лужноземельні ядра завжди мають число окислення +2, хіба що в металевому вигляді
- Кисень майже завжди має число окислення -2, якщо він не знаходиться в блоці O-O, як пероксид
- Неметали мають негативні числа окислення при зв'язуванні з металами та позитивні числа окислення при з'єднанні з O або F.
- Галогени мають число окислення -1, якщо вони не пов'язані з O або F F завжди дорівнює -1, якщо тільки в елементарній формі.
- Сума всіх чисел окислення молекули або іона - це її загальний заряд (0, якщо нейтральний, +2, якщо дипозитивний катіон і т.д.)
Типи окислювально-відновних реакцій
Окислення відноситься до процесу, при якому щось втрачає електрони, і число окислення збільшується. Зазвичай це відбувається зі сполуками, які вступають в реакцію з газом кисню, саме тому його називають окисленням. Зменшення відноситься до процесу, при якому щось набирає електрони, а його окислювальне число зменшується. Насправді це не зовсім звідки взялося слово. Коли оксид металу зменшується до елементарного металу та елементарної неметалевої або неметалевої сполуки, маса твердого речовини зменшується, оскільки неметал зазвичай виходить як газ. Це зменшення кількості - це те, звідки походить слово. Коли ви думаєте про це, щоб одне окислювалося, інша річ повинна бути зменшена (тому що електрони не можуть з'явитися з нізвідки), саме тому ми часто використовуємо комбіноване слово redox.
Багато типів реакцій, які ми вже бачили, включають окислювально-відновлювально-відновлювальну. Наприклад, комбінація елементів є окислювально-відновною реакцією. Реакції розкладання часто є окислювально-відновними реакціями. Реакції горіння - це окислювально-відновні реакції. (Розчинення/осадження та кислотно-лужні не є окислювально-відновними реакціями.) Приклади окислювально-відновлювальних засобів, які ви вже бачили, включають електронів, що змінюють лояльність одночасно з тим, що між ядрами створюються нові зв'язки. Також електрони можуть відмовитися від одного ядра для іншого окремого ядра, яке не пов'язане з першим. Наприклад, якщо елементний метал помістити в розчин солі або кислоти, метал може втратити деякі електрони до катіону в розчині. Метал утворює катіони, а колишній катіон зазвичай залишає розчин, утворюючи водневий газ або елементарний метал. Ось кілька прикладів:
\[Zn(s) + 2HBr(aq) \rightarrow ZnBr_{2}(aq) + H_{2}(g)\]
\[Fe(s) + Pb(NO_{3})_{2}(aq) \rightarrow Fe(NO_{3})_{2}(aq) + Pb(s)\]
Все, що відбувалося в цих реакціях, це те, що нелояльні електрони залишили менш комфортну рідну країну для більш комфортної. Вони називаються реакціями зміщення, оскільки один катіон зміщується (замінюється) іншим. Щоб передбачити, які реакції будуть відбуватися за цією схемою, можна скористатися серією активності, яка схожа на рейтинг «найгірших місць для життя». Це досить добре для прогнозування, тому що загалом електрони будуть переміщатися в місця нижче списку, але це не враховує всіх конкретних обставин, таких як поточний тиск населення. Ви дізнаєтеся більш надійні способи робити прогнози пізніше. Серія діяльності - це:
- Найгірше місце для життя/найлегше окислюватися: лужні та лужноземельні метали
- Погано: активні метали, алюміній, цинк, залізо та інші з середини перехідних металів
- Краще: олово, свинець, водень з кислоти, мідь
- Найкраще місце для життя, важко окислюється: благородні метали, срібло, ртуть, платина, золото
Метал міді не реагує з кислотою, тому що мідь надходить після водню в списку. Однак деякі кислоти мають в собі інші окислювачі, які сильніше водневих іонів. Наприклад, нітратні іони окислюються, і Cu буде реагувати з азотною кислотою. Навіть золото вступає в реакцію з концентрованою кислотною сумішшю, aqua regia, виготовленої з азотної і соляної кислот.