Тотығу- тотықсыздану реакциялары

Тотығу- тотықсыздану реакциялары. 

   Жоспар: 
  1)Тотығу туралы түcүнiк 
  2)Электролиз 
  3)Терiс электродқа 
  4)Электролиз заңдары 
  5)Пайдаланған әдебиеттер 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  Тотығу-тотықсыздану реакциялары - реакцияға қатысушы заттардың құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелерінің өзгеруімен жүретін реакциялар.

18 ғасырдың аяғында А.Лавуазье жанудың оттекті теориясын ұсынған кезден бастап тотығу заттардың оттекпен қосылуы, ал тотықсыздану оттекті бөліп алу процестері деп қаралған. 1920 – 1930 ж. химияда электрондық түсініктің қалыптасуына байланысты оттек қа-тыспайтын реакциялардың да Тотығу-тотықсыздану реакциялар болатындығы анықталды. Тотығу-тотықсыздану реакциялар процестері көбінесе электрондық теңдеулермен өрнектеледі. Зарядтардың сақталу заңына қайшы келмес үшін Тотығу-тотықсыздану реакциялар кезінде тотықтырғыштың қосып алған электрондар саны тотықсыздандырғыштың берген электрондар санына тең болуы керек деген жалпы ереже сақталады. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын коэффиценттер қойып теңестірудің екі әдісі бар: электрондық тепе-теңдік және электрон-ион. Электрондық тепе-теңдік әдісі бойынша берілген және қосып алған электрондар саны элементтердің реакцияға дейінгі және реакциядан кейінгі тотығу дәрежесінің негізінде анықталады.

1+HO+1Cl болатын Тотығу-тотықсыздану  реакцияларындағы тепе-теңдік қышқылдық  ортада солға, ал негіздік ортада  оңға ығысады. Күшті тотықтырғыш-HClÛЭлектрон-ион әдісі бойынша жалпы иондық реакцияларды құру ережесіне сәйкестеп реакция сұлбасын құ-рады. Күшті электролитті ион түрінде, бейэлектролит пен әлсіз электролиттерді, газдарды және тұнбаларды молекула күйінде жазады. Бұл әдіс реакция жүрген ортаның табиғатына байланысты. Себебі реакция бағытына орта күшті әсерін тигізеді. Мыс., +H2O Mn+7 қышқылдық ортада Mn2+-ге дейін, сілтілік ортада Mn+6, бейтарап ортада Mn+4O2 молекуласына дейін тотықсызданады. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының стехиометр. коэффицеттерін табудың бұлардан басқа А.Гарсиа, электронды баланс, матем. әдістері де бар. Химияда Тотығу-тотықсыздану реакциялар өте көп таралған. Мысалы, аммиак, азот қышқылы, күкірт қышқылын алу, электролиз (анодта электрхимиялық тотығу, катодта электрхим. тотықсыздану), жану процесі, металдар коррозиясы, фотосинтез, т.б. маңызды биологиялық құбылыстар Тотығу-тотықсыздану реакциялар процесіне жатады. Тотығу-тотықсыздану реакциялар өнеркәсіпте және техникада көміртек (ҚҚ, ҚV) оксидтерін, таза металл, т.б. алуда кеңінен қолданылады.

    Заттардың тотығу-тотықсыздану  қасиеттерін анықтау

Біз күкірттің бірнеше  қосылыстарын білеміз: күкіртті сутек H₂S, күкірт қышқылы H₂SО₄, күкірт (VI) оксиді SО₃, күкіртті қышқыл H₂SО₃, күкірт (IV) оксиді SО₂. Міне, осы заттардың әрқайсысының тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы атқарар рөлін тек олардың формулаларына қарап анықтауға болады. Ол үшін осы қосылыстардағы элементтердің тотығу дәрежелерін пайдалануға болады.

Көрсетілген қосылыстардағы күкірттің тотығу дәрежелері: - 2 (H₂S), +4 (H₂SО₃, SO,), +6 (H₂SО₄, SО₃) мәндерін көрсетеді, енді осы сандарды сан өсіне салып, тотығу дәрежелерінің өзгерулерін қарастыралық:

 

 

 

 

Тотығу- тотықсыздану реакциялары ең көп тараған реакциялардың бірі. Бұл реакциялардан, электрондар бір атомдардан, молекулалардан немесе иондардан басқаларға ауысады. Тотыққан кезде атомдардың тотығу дәрежелері әрқашанда жоғарлайды, ал тотықсыздаңғанда- төмендейді.

Тотығу- тотықсыздану реакциясын теңістіруге қолайлы екі әдіс бар: электрондық баланс әдіс, бастапқы және соңғы заттардың тотығу дәрежелерін салыстыруға негізделген және жартылау реакция әдісі, тотықсыздандырғышты тотықтыру процесінің және тотықтырғышты тотықсыздандыру процесінің иондық теңдейлерін құрастырып, одан соң оларды бір жалпы теңдеуге біріктіруге негізделген.

Бірдей заттардың арасындағы тотығу- тотықсыздану реакциясының сипаты ортаға байланысты өзгереді. Реакция ортасы атомдардың тотығу дәрежелерінің өзгеруіне әсер етеді.

Электролиздің мәні электр энергиясы арқылы химиялық реакцияны жүзеге асыру- катодта тотықсыздану және анодта тотығу процестерін жүргізу. Мұнда катод катиондарға электрондарын береді, ал анд аниондардан электрондарды қабылдайды. Электролиз балқымада да және электролиттің ерітіндісінде де жүреді.    

 Металдардың қалыпты электродтық  потенциалы белгiлi болса кез  келген екi металдан тұратын гальвани  элементiнiң электр қозғаушы күшiн  (э.қ.к) есептеп шығаруға болады. Мыс;

Э.Қ.К =          

 Егер э.қ.к мәнi оң болса  реакция осы бағытта жүредi, ал  терiс болса жүрмейдi. Гальваникалық  элементтiң э.қ.к мен және тепе-теңдiк  константасы арасындағы байланыс

немесе 

Электролиз.       

 Электролиттiң балқымасы немесе  ерiтiндiсi арқылы электр тогы  откенде жеке электродтарда жүретiн  тотығу-тотықсызданы реакциясын  электролиз деп атайды.     

 Электр өткiзгiштерi екi ретте  бөледi. 
- І реттi өткiзгiштер электрондар қозғалысына тәуелдi электролиттер 
- ІІ реттi өткiзгiштерге жатады.        

 Гальваникалық элементте химиялық  реакцияның энергиясы электр  энергиясына айналатын болса,  электролиз жүргенде, керiсiнше, сыртқы  ток көзiнiң электр энергиясы  химиялық энергияға айналады. Электролиз  кезiнде гальваникалық элементтегi сияқты анодта тотығу, катдта  тотықсыздану процесi жүредi. Бiрақ  , электролиз процесi гальваникалық  элементтiң жұмыс iстеу принципiне  қарама-қарсы болғандықтан электролиз  кезiнде терiс электрод катодының,  ал оң электрод анодтың қызметiн  атқарады.          

 Электролиздi iске асыру үшiн  ваннаға электролидтiң балқымасын  немесе ерiтiндiсiн құяды. Бұдан  кейiн екi электродың бiреуiн тұрақты  ток көзiнiң терiс полюсiмен  жалғайды-оны катод деп атайды, екiншiсiн оң полюспен жалғайды, оны анод деп атайды. Ендi осы  электродтарды электролиттiң балқымасына  немесе ерiтiндiсiне батырады.        

 Терiс электродқа – катодқа  электролиттiң катиондары тартылып  өздерiне керектi электрондарды қосып  алып тотықсызданады, ал анодқа  аниондар тартылып өздерiнiң артық  электрондарын берiп жiберiп тотығады.         

 Электролиз жүргiзуге көбiне  мнталл электродтары және байметалл  электродтар да (мыс. Графит) қолданылады.  Металдан жасалған анодтар еритiн  және ерiмейтiн болып екi топқа  бөлiнедi. Мыс., Ni, Cu жасалған анодтар  еридi, ал Pt жасалған анод ерiмейдi. Мысал ретiнде мыс дихлоридiнiң  судағы ерiтiндiсiнiң электролизденуiн  қарастырйық. Тұрақты ток әсерiнен  ерiтiндiдегi Cu²⁺ және Cl^- иондары әрқайсысы қарсы заряды бар электродтарға бағытталады да, мыс ионы катодта тотықсызданып, хлор ионы анодта тотығады:

К: Cu²⁺+2e=Cu⁰ 
A: 2Cl^—2e= Cl           

 Электролитерiтiндiлерiнiңэлектролизiнқарастырғандаваннадаэлектролитиондарынанбасқасуиондарыболатынынестеншығармаукерек.            

 Сондықтанкатодтаэлектролиттiңнемесесутегiнiңкатиондарытотықсыздануы, аланодтаэлектролитаниондарынемесегидроксидиондарытотығуымүмкiн.           

 Мыс., құрамындағыметаллкатиондыныңстандарттыэлектродтыңпотенциалдары- 1,41 В-танболатынтұздардыңерiтiндiлерiнэлектролиздегендекатодтаметаллкатиондарытотықсызданады. Мұндайметалдаркернеуқатарындасутегiнiңмаңайындажәнеоданкейiнорналасады.            

 Егерэлектролиттегi катиондардыңэлектродтықпотенциалдары–0,41 Втеңнемесеәжептеуiразболса, ондакатодтасутегi иондарытотықсызданады–0,41 Вжақыншамалардыерiтiндiнiңконценртациясынажәнеэлектролизжүргiзужағдайынабайланыстыкатодаметаллкатиондарыда, сутегi дебөлiнуi мүмкiн.          

 Қышқыл орта үшiн судың стандарттық потенциалы 0,00 В болса, нейтрал орта үшiн +0,41В.         

 Ерiтiндiде әр түрлi аниондар  болған жағдайда ерiмейтiн анодта  ең алдымен потенциалы аз, яғни  е оңай беретiн анион тотықсызданады.          

 Ол үшiн нейтрал ортада  судың гидроксид аниондарының  тотығу потенциалының +0,82В екенiн  еске ұстау керек.

Мыс.,            

 Осы көрсетiлген иондар бар  ерiтiндiнi электролиздегенде потенциалы  аз болғандықтан (0,54 В) J^- иондары тотығады.

2J^—2е=J₂