Yeni birləşmələrin əmələ gəlməsi ilə bir maddənin digərinə çevrilməsinə kimyəvi reaksiya deyilir. Bu prosesi başa düşmək insanların həyatı üçün böyük əhəmiyyət kəsb edir, çünki onun köməyi ilə təbiətdə az miqdarda olan və ya təbii formada ümumiyyətlə mövcud olmayan çox miqdarda zəruri və faydalı maddələr əldə edə bilərsiniz. Ən əhəmiyyətli növlər arasında redoks reaksiyaları (qısaldılmış OVR və ya redoks) var. Onlar atomların və ya ionların oksidləşmə dərəcələrində dəyişiklik ilə xarakterizə olunur.
Reaksiya zamanı baş verən proseslər
Reaksiya zamanı iki proses baş verir - oksidləşmə və reduksiya. Bunlardan birincisi, oksidləşmə vəziyyətinin artması ilə reduksiyaedici maddələrin (donorların) elektronların verilməsi, ikincisi, oksidləşmə vəziyyətinin azalması ilə oksidləşdirici maddələr (akseptorlar) tərəfindən elektronların əlavə edilməsi ilə xarakterizə olunur. Ən çox yayılmış reduksiyaedicilər ən aşağı oksidləşmə vəziyyətində olan metallar və qeyri-metal birləşmələrdir (hidrogen sulfid, ammonyak). tipikoksidləşdirici maddələr halogenlər, azot, oksigen, həmçinin ən yüksək oksidləşmə vəziyyətində (azot və ya sulfat turşusu) elementi olan maddələrdir. Atomlar, ionlar, molekullar elektron verə və ya qazana bilər.
1777-ci ildən əvvəl belə bir fərziyyə irəli sürülürdü ki, oksidləşmə phlogiston adlı görünməz yanan maddənin itirilməsi ilə nəticələnir. Bununla belə, A. Lavuazyenin yaratdığı yanma nəzəriyyəsi alimləri inandırdı ki, oksidləşmə oksigenlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, reduksiya isə hidrogenin təsiri altında baş verir. Yalnız bir müddət sonra məlum oldu ki, təkcə hidrogen və oksigen deyil, redoks reaksiyalarına təsir edə bilər.
Oksidləşmə
Oksidləşmə prosesi maye və qaz fazalarında, həmçinin bərk cisimlərin səthində baş verə bilər. Anodda (enerji mənbəyinin müsbət qütbünə qoşulmuş elektrod) məhlullarda və ya ərimələrdə baş verən elektrokimyəvi oksidləşmə xüsusi rol oynayır. Məsələn, ftoridlər elektroliz yolu ilə əridildikdə (maddənin elektrodlarda onun tərkib elementlərinə parçalanması) ən güclü qeyri-üzvi oksidləşdirici maddə olan flüor əldə edilir.
Oksidləşmənin başqa bir klassik nümunəsi havada və təmiz oksigendə yanmadır. Müxtəlif maddələr bu prosesə qadirdir: metallar və qeyri-metallar, üzvi və qeyri-üzvi birləşmələr. Praktiki əhəmiyyət kəsb edən yanacağın yanmasıdır ki, bu da əsasən karbohidrogenlərin az miqdarda oksigen, kükürd, azot və digər elementlərlə mürəkkəb qarışığıdır.
Klassik oksidləşdirici –oksigen
Atomların elektron birləşdirdiyi sadə maddə və ya kimyəvi birləşmə oksidləşdirici agent adlanır. Belə bir maddənin klassik nümunəsi reaksiyadan sonra oksidlərə çevrilən oksigendir. Redoks reaksiyalarında oksidləşdirici maddə də üzvi maddələrə (məsələn, ketonlar və aldehidlər), peroksidlərə, hipokloritlərə, xloratlara, azot və sulfat turşularına, manqan oksidinə və permanqanata çevrilən ozondur. Bütün bu maddələrin tərkibində oksigen olduğunu görmək asandır.
Digər ümumi oksidləşdiricilər
Lakin redoks reaksiyası təkcə oksigenin iştirak etdiyi proses deyil. Bunun əvəzinə halogenlər, xrom və hətta metal kationları və hidrogen ionu (reaksiya nəticəsində sadə maddəyə çevrilərsə) oksidləşdirici maddə kimi çıxış edə bilər.
Nə qədər elektron qəbul ediləcəyi əsasən oksidləşdirici maddənin konsentrasiyasından, eləcə də onunla qarşılıqlı əlaqədə olan metalın aktivliyindən asılıdır. Məsələn, konsentratlaşdırılmış nitrat turşusunun metal (sink) ilə reaksiyasında 3 elektron, eyni maddələrin qarşılıqlı təsirində isə turşu çox seyreltilmiş formada olması şərti ilə artıq 8 elektron qəbul edilə bilər.
Ən güclü oksidləşdiricilər
Bütün oksidləşdirici maddələr xassələrinin gücünə görə fərqlənir. Belə ki, hidrogen ionu aşağı oksidləşmə qabiliyyətinə malikdir, halbuki aqua regiada əmələ gələn atom xloru (1:3 nisbətində azot və xlorid turşularının qarışığı) hətta qızılı və platini oksidləşdirə bilir.
Konsentratlı selen turşusu oxşar xüsusiyyətlərə malikdir. Bu onu digər üzvi turşular arasında unikal edir. Seyreltildikdə, qızılla qarşılıqlı təsir göstərə bilmir, lakin yenə də sulfat turşusundan daha güclüdür və hətta xlorid turşusu kimi digər turşuları oksidləşdirə bilər.
Güclü oksidləşdirici maddənin başqa bir nümunəsi kalium permanqanatdır. O, üzvi birləşmələrlə uğurla qarşılıqlı əlaqədə olur və güclü karbon bağlarını qıra bilir. Mis oksidi, sezium ozonid, sezium superoksid, həmçinin ksenon diflorid, tetraflorid və ksenon heksaflorid də yüksək aktivliyə malikdir. Onların oksidləşmə qabiliyyəti seyreltilmiş sulu məhlulda reaksiya verərkən yüksək elektrod potensialı ilə bağlıdır.
Lakin elə maddələr var ki, tərkibində bu potensial daha da yüksəkdir. Qeyri-üzvi molekullar arasında flüor ən güclü oksidləşdirici maddədir, lakin əlavə istilik və təzyiq olmadan inert qaz ksenonuna təsir göstərə bilməz. Lakin bunun öhdəsindən platin heksafluorid, difluorodioksid, kripton diflorid, gümüş difluorid, iki valentli gümüş duzları və bəzi digər maddələr daxildir. Redoks reaksiyaları üçün unikal qabiliyyətinə görə onlar çox güclü oksidləşdiricilər kimi təsnif edilir.
Bərpa
Əslində "bərpa" termini deoksidləşmə, yəni oksigen maddəsinin məhrum edilməsi ilə sinonim idi. Bununla belə, zaman keçdikcə bu söz yeni bir məna kəsb etdi, bu, metalların tərkibində olan birləşmələrdən, eləcə də hər hansı kimyəvi çevrilmələrdən ibarət idi.maddənin elektronmənfi hissəsi hidrogen kimi müsbət yüklü elementlə əvəz olunur.
Prosesin mürəkkəbliyi əsasən birləşmədəki elementlərin kimyəvi yaxınlığından asılıdır. Nə qədər zəif olarsa, reaksiya bir o qədər asan olar. Tipik olaraq, yaxınlıq endotermik birləşmələrdə daha zəifdir (onların əmələ gəlməsi zamanı istilik udulur). Onların bərpası olduqca sadədir. Bunun parlaq nümunəsi partlayıcı maddələrdir.
Ekzotermik birləşmələrin (istiliyin ayrılması ilə əmələ gələn) iştirak etdiyi reaksiya üçün elektrik cərəyanı kimi güclü enerji mənbəyi tətbiq edilməlidir.
Standart azaldıcı agentlər
Ən qədim və ümumi reduksiyaedici maddə kömürdür. Filiz oksidləri ilə qarışır, qızdırıldıqda, karbonla birləşən qarışıqdan oksigen ayrılır. Nəticə toz, qranullar və ya metal ərintisi olur.
Digər ümumi reduksiyaedici vasitə hidrogendir. O, həmçinin metalların çıxarılması üçün istifadə edilə bilər. Bunun üçün oksidlər hidrogen axınının keçdiyi boruya tıxanır. Əsasən, bu üsul mis, qurğuşun, qalay, nikel və ya kob alta tətbiq olunur. Dəmirə tətbiq edə bilərsiniz, ancaq azalma natamam olacaq və su əmələ gəlir. Sink oksidlərini hidrogenlə müalicə etməyə çalışarkən eyni problem müşahidə olunur və metalın uçuculuğu ilə daha da ağırlaşır. Kalium və bəzi digər elementlər hidrogen tərəfindən ümumiyyətlə reduksiya edilmir.
Üzvi kimyada reaksiyaların xüsusiyyətləri
Davam edirreduksiya hissəciyi elektronları qəbul edir və bununla da atomlarından birinin oksidləşmə sayını azaldır. Bununla belə, reaksiyanın mahiyyətini qeyri-üzvi birləşmələrin iştirakı ilə oksidləşmə vəziyyətini dəyişmək yolu ilə müəyyən etmək rahatdır, üzvi kimyada oksidləşmə sayını hesablamaq çətin olduğu halda, o, çox vaxt fraksiya dəyərinə malikdir.
Üzvi maddələrin iştirak etdiyi redoks reaksiyalarında naviqasiya etmək üçün aşağıdakı qaydanı yadda saxlamaq lazımdır: reduksiya birləşmə oksigen atomlarından imtina edərək hidrogen atomları aldıqda baş verir və əksinə oksidləşmə oksigenin əlavə edilməsi ilə xarakterizə olunur.
Reduksiya prosesi üzvi kimya üçün böyük praktik əhəmiyyətə malikdir. Laboratoriya və ya sənaye məqsədləri üçün istifadə edilən katalitik hidrogenləşdirmənin, xüsusən də maddələrin və sistemlərin karbohidrogen və oksigen çirklərindən təmizlənməsinin əsasında məhz o dayanır.
Reaksiya həm aşağı temperaturda və təzyiqdə (müvafiq olaraq 100 dərəcə Selsi və 1-4 atmosferə qədər), həm də yüksək temperaturda (400 dərəcə və bir neçə yüz atmosferə qədər) gedə bilər. Üzvi maddələrin istehsalı düzgün şəraiti təmin etmək üçün mürəkkəb alətlər tələb edir.
Katalizator kimi aktiv platin qrupu metalları və ya qeyri-qiymətli nikel, mis, molibden və kob alt istifadə olunur. Sonuncu seçim daha qənaətcildir. Bərpa, substratın və hidrogenin eyni vaxtda sorbsiyası və aralarındakı reaksiyanın asanlaşdırılması hesabına baş verir.
Reduksiya reaksiyaları davam edirvə insan bədəninin daxilində. Bəzi hallarda faydalı və hətta həyati əhəmiyyət kəsb edə bilər, digərlərində isə ciddi mənfi nəticələrə səbəb ola bilər. Məsələn, bədəndə azot tərkibli birləşmələr, digər faydalı funksiyaları ilə yanaşı, toxumaların tikinti materialı olan zülal maddələrini təşkil edən ilkin aminlərə çevrilir. Eyni zamanda, anilinlə boyanmış qidalar zəhərli birləşmələr əmələ gətirir.
Reaksiya növləri
Hansı oksidləşmə-qaytarma reaksiyaları, oksidləşmə vəziyyətlərində dəyişikliklərin olmasına baxdıqda aydın olur. Lakin bu növ kimyəvi çevrilmə daxilində dəyişikliklər var.
Beləliklə, qarşılıqlı təsirdə müxtəlif maddələrin molekulları iştirak edirsə, onlardan biri oksidləşdirici atom, digəri isə reduksiyaedicidir, reaksiya molekullararası sayılır. Bu halda redoks reaksiya tənliyi aşağıdakı kimi ola bilər:
Fe + 2HCl=FeCl2 + H2.
Tənlik göstərir ki, dəmir və hidrogenin oksidləşmə dərəcələri müxtəlif maddələrin bir hissəsi olduqları halda dəyişir.
Ancaq molekuldaxili redoks reaksiyaları da var ki, bu reaksiyalarda kimyəvi birləşmədə bir atom oksidləşir, digəri isə azalır və yeni maddələr alınır:
2H2O=2H2 + O2.
Eyni element elektron donoru və qəbuledicisi kimi çıxış etdikdə və müxtəlif oksidləşmə vəziyyətlərinə daxil olan bir neçə yeni birləşmə əmələ gətirdikdə daha mürəkkəb proses baş verir. Belə bir proses deyilirdismutasiya və ya qeyri-mütənasiblik. Bunun nümunəsi aşağıdakı çevrilmədir:
4KClO3=KCl + 3KClO4.
Yuxarıdakı redoks reaksiya tənliyindən görünür ki, xlor +5 oksidləşmə vəziyyətində olan Bertolet duzu iki komponentə - xlorun oksidləşmə vəziyyəti ilə kalium xlorid -1 və oksidləşmə sayı +7 olan perklorat. Məlum olub ki, eyni element eyni vaxtda oksidləşmə vəziyyətini artırıb və aşağı salıb.
Dismutasiya prosesinin əksi koproporsiya və ya reproporsiya reaksiyasıdır. Orada müxtəlif oksidləşmə dərəcələrində eyni elementi ehtiva edən iki birləşmə bir-biri ilə reaksiyaya girərək tək oksidləşmə nömrəsi olan yeni maddə əmələ gətirir:
SO2 +2H2S=3S + 2H2O.
Yuxarıdakı misallardan da göründüyü kimi bəzi tənliklərdə maddədən əvvəl rəqəmlər qoyulur. Onlar prosesdə iştirak edən molekulların sayını göstərir və redoks reaksiyalarının stexiometrik əmsalları adlanır. Tənliyin düzgün olması üçün onları necə təşkil edəcəyinizi bilməlisiniz.
E-balans metodu
Redoks reaksiyalarında tarazlıq həmişə qorunur. Bu o deməkdir ki, oksidləşdirici maddə reduksiya agenti tərəfindən verilmiş elektronların tam olaraq çoxunu qəbul edir. Redoks reaksiyası üçün tənliyi düzgün tərtib etmək üçün bu alqoritmə əməl etməlisiniz:
- Reaksiyadan əvvəl və sonra elementlərin oksidləşmə dərəcələrini təyin edin. Məsələn, inazot turşusu və fosfor arasında suyun iştirakı ilə reaksiya nəticəsində fosfor turşusu və azot oksidi əmələ gəlir: HNO3 + P + H2O=H3PO4 + NO. Bütün birləşmələrdə hidrogenin oksidləşmə vəziyyəti +1, oksigen isə -2 olur. Azot üçün reaksiya başlamazdan əvvəl oksidləşmə sayı +5, davam etdikdən sonra +2, fosfor üçün isə müvafiq olaraq 0 və +5-dir.
- Oksidləşmə sayının dəyişdiyi elementləri qeyd edin (azot və fosfor).
- Elektron tənliklər qurun: N+5 + 3e=N+2; R0 - 5e=R+5.
- Ən kiçik ümumi çoxluğu seçməklə və çarpanı hesablamaqla qəbul edilən elektronların sayını bərabərləşdirin (3 və 5 rəqəmləri müvafiq olaraq 15 rəqəminin bölənləridir, azot üçün çarpan 5, fosfor üçün isə 3-dür): 5N +5 + (3 x 5)e=5N+2; 3P0 - 15e=3P+5.
- Sol və sağ hissələrə görə yaranan yarım reaksiyaları əlavə edin: 5N+5 + 3P0=5N + 2 - 15-ci=3Р+5. Bu mərhələdə hər şey düzgün aparılarsa, elektronlar kiçiləcək.
- Redoks reaksiyasının elektron balansına uyğun əmsalları aşağı salaraq tənliyi tamamilə yenidən yazın: 5HNO3 + 3P + H2 O=3H 3PO4 + 5NO.
- Reaksiyadan əvvəl və sonra elementlərin sayının hər yerdə eyni olub-olmadığını yoxlayın və lazım gələrsə, digər maddələrin qarşısına əmsallar əlavə edin (bu misalda hidrogen və oksigenin miqdarı bərabərləşməyib. reaksiya tənliyinin düzgün görünməsi üçün önünə bir əmsal əlavə etmək lazımdırsu): 5HNO3 + 3P + 2H2O=3H3PO 4 + 5NO.
Belə sadə üsul əmsalları düzgün yerləşdirməyə və qarışıqlığın qarşısını almağa imkan verir.
Reaksiya nümunələri
Reoks-redoks reaksiyasının nümunəvi nümunəsi manqanın konsentratlaşdırılmış sulfat turşusu ilə qarşılıqlı əlaqəsidir və aşağıdakı kimi davam edir:
Mn + 2H2SO4=MnSO4 + SO 2 + 2 H2O.
Redoks reaksiyası manqan və kükürdün oksidləşmə vəziyyətinin dəyişməsi ilə davam edir. Proses başlamazdan əvvəl manqan bağlanmamış vəziyyətdə idi və sıfır oksidləşmə vəziyyətində idi. Lakin turşunun bir hissəsi olan kükürdlə qarşılıqlı əlaqədə olduqda, oksidləşmə vəziyyətini +2-yə qədər artırdı və bununla da elektron donor kimi çıxış etdi. Kükürd, əksinə, oksidləşmə vəziyyətini +6-dan +4-ə salaraq, qəbuledici rolunu oynadı.
Lakin manqanın elektron qəbuledicisi kimi çıxış etdiyi reaksiyalar da var. Məsələn, bu, onun oksidinin xlorid turşusu ilə qarşılıqlı təsiridir, reaksiyaya görə davam edir:
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2 H2O.
Bu halda redoks reaksiyası manqanın oksidləşmə vəziyyətinin +4-dən +2-yə azalması və xlorun oksidləşmə vəziyyətinin -1-dən 0-a qədər artması ilə davam edir.
Əvvəllər 75%-li sulfat turşusu əmələ gətirən suyun iştirakı ilə kükürd oksidinin azot oksidi ilə oksidləşməsinin böyük praktiki əhəmiyyəti var idi:
SO2 + NO2 + H2O=YOX + H2So4.
Redoks reaksiyası əvvəllər xüsusi qüllələrdə aparılırdı və son məhsul qüllə adlanırdı. İndi bu üsul turşu istehsalında yeganə metoddan uzaqdır, çünki digər müasir üsullar var, məsələn, bərk katalizatorlardan istifadə edərək əlaqə. Lakin oksidləşmə-qaytarma reaksiyası üsulu ilə turşu əldə etmək təkcə sənaye deyil, həm də tarixi əhəmiyyətə malikdir, çünki məhz belə bir proses 1952-ci ilin dekabrında London havasında kortəbii şəkildə baş vermişdi.
Antisiklon daha sonra qeyri-adi soyuq hava gətirdi və şəhər sakinləri evlərini qızdırmaq üçün çoxlu kömürdən istifadə etməyə başladılar. Müharibədən sonra bu resurs keyfiyyətsiz olduğundan havada çoxlu miqdarda kükürd dioksidi cəmləndi, bu da atmosferdəki rütubət və azot oksidi ilə reaksiya verdi. Bu fenomen nəticəsində körpələrin, qocaların və tənəffüs xəstəliklərindən əziyyət çəkənlərin ölüm halları artıb. Tədbirə Böyük Duman adı verildi.
Beləliklə, redoks reaksiyaları böyük praktik əhəmiyyətə malikdir. Onların mexanizmini başa düşmək sizə təbii prosesləri daha yaxşı başa düşməyə və laboratoriyada yeni maddələr əldə etməyə imkan verir.
