Kimyo · Oksidlanish-qaytarilish va elektrokimyo · 8-sinf

Oksidlanish-qaytarilish

Nega margansovka kislotada rangsizlanadi, ishqorda esa yashil tusga kiradi?

Vaziyat

Dorixonada sotiladigan «margansovka» — kaliy permanganat KMnO₄ kristallari to‘q binafsha, deyarli qora; suvda erisa chiroyli binafsha-pushti eritma beradi. Uch probirkaga shu eritmadan quyib, biriga sulfat kislota, ikkinchisiga suv, uchinchisiga ishqor qo‘shamiz va har biriga natriy sulfit tomizamiz. Birinchisi rangsizlanadi, ikkinchisida qo‘ng‘ir cho‘kma tushadi, uchinchisi yashil bo‘ladi. Bitta oksidlovchi nega uch xil natija beradi va har holda u nechta elektron oladi?

Mavzu

Oksidlanish darajasi va oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari. Margansovka (KMnO₄): kislotada rangsizlanadi, suvda qo‘ng‘ir cho‘kma, ishqorda yashil — bitta oksidlovchi, uch xil natija

Asosiy tushunchalar

Oksidlanish darajasi
Elektron balans
Muhit ta’siri

Formulalar

\sum_{i} n_{i} x_{i} = 0 (molekula), \sum_{i} n_{i} x_{i} = q (ion)

Oksidlanish darajalari yig‘indisi: molekulada nol, ionda — ion zaryadi.

Fe^{0} - 2 e^{-} \overset{}{\to} Fe^{+ 2} Cu^{+ 2} + 2 e^{-} \overset{}{\to} Cu^{0}

Oksidlanish — elektron berish (daraja ortadi), qaytarilish — elektron olish (daraja kamayadi).

MnO_{4}^{-} + 8 H^{+} + 5 e^{-} \overset{}{\to} Mn^{2 +} + 4 H_{2} O

Yarim reaksiya (kislotali muhit): O — H₂O bilan, H — H⁺ bilan, zaryad — elektronlar bilan tenglashtiriladi.

2 KMnO_{4} + 5 Na_{2} SO_{3} + 3 H_{2} SO_{4} \overset{}{\to} 2 MnSO_{4} + 5 Na_{2} SO_{4} + K_{2} SO_{4} + 3 H_{2} O

Kislotali muhitda KMnO₄ rangsizlanadi (Mn²⁺).

E = \frac{M}{n (e^{-})}

Oksidlovchining ekvivalent massasi: KMnO₄ uchun 158/5 = 31,6; 158/3 = 52,7; 158/1 = 158 g/mol.

Nazariya

Oksidlanish darajasi (18-§)

Oksidlanish darajasi — birikmadagi barcha bog‘lar ionli deb faraz qilinganda atomga to‘g‘ri keladigan shartli zaryad. Qoidalar: oddiy moddada 0; ftor −1; kislorod odatda −2 (peroksidlarda −1, OF₂ da +2); vodorod odatda +1 (metall gidridlarida −1); ishqoriy metallar +1, ishqoriy-yer metallar +2, Al +3. Molekulada barcha darajalar yig‘indisi nol, ionda — ion zaryadi. Misollar: H₂SO₄ da S +6, KMnO₄ da Mn +7, K₂Cr₂O₇ da Cr +6, NH₄NO₃ da azot ikki xil: −3 (NH₄⁺) va +5 (NO₃⁻). Oksidlanish darajasi valentlik bilan bir xil emas: metanol, formaldegid, chumoli kislotada uglerod to‘rt valentli, lekin darajasi −2, 0, +2 (CH₄ da −4, CO₂ da +4). Sahnadagi tarozida musbat hissalar chap pallada, manfiylari o‘ng pallada — yig‘indi to‘g‘ri bo‘lsa tarozi muvozanatga keladi.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari (19-§)

Oksidlanish darajasi o‘zgaradigan reaksiyalar — oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari. Oksidlanish — elektron berish (daraja ortadi), qaytarilish — elektron olish (daraja kamayadi); ikkalasi doimo birga boradi. Elektron beradigan modda — qaytaruvchi (o‘zi oksidlanadi): metallar, H₂, C, CO, H₂S, sulfitlar. Elektron oladigan — oksidlovchi (o‘zi qaytariladi): O₂, Cl₂, HNO₃, KMnO₄, K₂Cr₂O₇. Eng yuqori darajadagi atom (Mn⁺⁷, H₂SO₄ dagi S⁺⁶) faqat oksidlovchi, eng pastdagi (S⁻², N⁻³) faqat qaytaruvchi, oraliqdagilar (S⁺⁴) — ikkalasi ham bo‘la oladi.

Elektron balans usuli (20-§)

Tenglama tuzish: 1) darajasi o‘zgargan atomlarni topamiz; 2) elektron tenglamalarini yozamiz: $Cu^{0} - 2 e^{-} \overset{}{\to} Cu^{+ 2}$ , $N^{+ 5} + 3 e^{-} \overset{}{\to} N^{+ 2}$ ; 3) berilgan va olingan elektronlar teng bo‘lishi kerak — eng kichik umumiy karrali (6) topiladi, ko‘paytuvchilar (3 va 2) — oksidlovchi va qaytaruvchi oldidagi koeffitsiyentlar; 4) qolgan atomlarni (tuz hosil qiluvchi qismini, keyin H va O ni) tenglaymiz: $3 Cu + 8 HNO_{3} \overset{}{\to} 3 Cu (NO_{3})_{2} + 2 NO ↑ + 4 H_{2} O$ — 8 ta HNO₃ dan faqat 2 tasi oksidlovchi. Har doim atomlar soni va berilgan/olingan elektronlar tekshiriladi.

Yarim reaksiya (ion-elektron) usuli (28-§)

Eritmadagi reaksiyalar uchun qulayroq: haqiqiy zarrachalar (MnO₄⁻, SO₃²⁻) yoziladi va har bir yarim reaksiya alohida tenglanadi. Kislotali muhitda ortiqcha O ni H⁺ bog‘laydi (H₂O hosil bo‘ladi), yetishmagan O ni H₂O beradi (H⁺ chiqadi). Neytral muhitda chap tomonga faqat H₂O yoziladi, o‘ngda H⁺ yoki OH⁻ hosil bo‘ladi. Ishqoriy muhitda O yetishmasa — 2OH⁻ beradi va H₂O chiqadi, ortiqcha O ni H₂O bog‘lab 2OH⁻ beradi. So‘ng zaryad elektronlar bilan tenglanadi, elektronlar soni tenglashtirilib, yarim reaksiyalar qo‘shiladi. Oksidlanish darajasini bilish shart emas.

Muhit ta’siri va ekvivalent (29–30-§, laboratoriya ishi)

KMnO₄ ning qaytarilish mahsuloti muhitga bog‘liq: kislotali — Mn²⁺ (deyarli rangsiz, 5 e⁻), neytral — MnO₂ (qo‘ng‘ir cho‘kma, 3 e⁻), ishqoriy — MnO₄²⁻ (yashil, 1 e⁻). Oksidlovchining ekvivalent massasi — bitta elektronga to‘g‘ri keladigan massa: $E = M / n (e^{-})$ , KMnO₄ uchun 31,6; 52,7 va 158 g/mol. Tajribada: har probirkada 2 ml 0,005 mol/l KMnO₄ (0,010 mmol) + 1 ml muhit; 0,05 mol/l Na₂SO₃ tomchilab (1 tomchi = 0,05 ml = 0,0025 mmol) rang o‘zgarishi tugaguncha qo‘shiladi. Har SO₃²⁻ 2 ta elektron beradi: $n (e^{-}) = 2 n (S O_{3}^{2 -})$ , demak $n (e^{-}) / n (M n O_{4}^{-})$ va $E$ tomchilar sonidan topiladi. Xavfsizlik: himoya ko‘zoynagi taqing; KMnO₄ teri va kiyimni bo‘yaydi, kuchli oksidlovchi; kislota va ishqor bilan ehtiyot bo‘ling, kislotani suvga quying; Cl₂ va NO₂ chiqadigan tajribalar faqat tortish shkafida.

Model haqida

Eritmalar ideal, reaksiyalar tomchi tushishi bilan bir zumda va to‘liq boradi deb olingan; Na₂SO₃ ning havoda oksidlanishi hisobga olinmagan. Ishqoriy muhitda sulfit ortiqcha bo‘lsa, manganat sekin MnO₂ gacha qaytarilishi mumkin — model rang o‘zgarishining birinchi bosqichini ko‘rsatadi. Eritma ranglari taxminiy. Tarozi — yig‘indini ko‘rsatish uchun tasvir (zaryad «og‘irlik» emas), ion modellari va elektronlar uchishi — sxema; MnO₂ qattiq modda, alohida molekulasi yo‘q.

Bilasizmi?

Kaliy permanganatning juda suyultirilgan (och pushti) eritmasi tibbiyotda antiseptik sifatida ishlatiladi: u kuchli oksidlovchi bo‘lgani uchun mikroblarni nobud qiladi. Quyuq eritmasi esa terini kuydiradi va qo‘ng‘ir dog‘ qoldiradi.
Navoiyazotda 2020-yilda yiliga 500 ming tonnagacha nitrat kislota ishlab chiqaradigan yangi qurilma ishga tushirilgan. Nitrat kislota ammiakni katalizator ustida oksidlashdan boshlanadi (4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O) va asosan ammiakli selitra o‘g‘itiga aylantiriladi.

Tajribada nima bor

Tajriba hayotiy vaziyatdan boshlanadi: natijani taxmin qilasiz, boshqaruvlarni o‘zgartirib tajriba o‘tkazasiz va xulosa chiqarasiz. Ichida topshiriqlar, nazariya, test va ekskursiya bor — kamera o‘zi harakatlanib, eng muhim joylarni tushuntiradi.

Shu bo‘limdagi boshqa tajribalar

Elektroliz va korroziya — 9-sinf
Galvanik elementlar va korroziya — 1-kurs