Katika malezi ya mali ya kemikali ya mchanga, michakato ya redox inachukua moja ya sehemu zinazoongoza. Mambo muhimu zaidi, ambayo huamua hali ya redox ya upeo wa udongo, ni oksijeni ya hewa ya udongo na miyeyusho ya udongo, oksidi na misombo ya feri ya chuma, manganese, nitrojeni, sulfuri, viumbe hai, na microorganisms.
Athari za oxidation na kupunguza kila wakati hufanyika wakati huo huo. Oxidation ya dutu moja inayoshiriki katika mmenyuko inaambatana na kupunguzwa kwa dutu nyingine.
Michakato ya Redox inamaanisha michakato ambayo, kama hatua inayowezekana inahusisha uhamisho wa elektroni kutoka kwa chembe moja ya suala hadi nyingine. Oxidation ni mmenyuko ambapo oksijeni huongezwa kwa dutu au dutu hii hupoteza hidrojeni au elektroni. Kupunguza ni upotevu wa oksijeni na dutu na kuongeza hidrojeni au elektroni kwenye dutu hii.
Uwezo wa udongo kupitia athari za redox hupimwa kwa kutumia uwezo wa kupunguza oxidation (ORP).
Uwezo wa redox unaohusiana na hidrojeni unaitwa Eh. Thamani hii inategemea mkusanyiko na uwiano wa mawakala wa vioksidishaji na mawakala wa kupunguza sumu wakati wa mchakato wa malezi ya udongo. Kutokana na kuwepo kwa mifumo fulani ya redox katika upeo wa udongo, inawezekana kuamua tofauti inayoweza kutokea (Eh) katika millivolts kwa kutumia jozi ya elektroni iliyozama kwenye udongo. Eh maadili ndani aina mbalimbali udongo na upeo wa udongo hutofautiana ndani ya 100-800 mV, wakati mwingine kuwa na maadili mabaya. Thamani ya Eh kwa kiasi kikubwa inategemea hali ya asidi-msingi ya mazingira, mimea na microorganisms.
Chini ya hali ya udongo, sehemu kubwa ya vipengele vinavyohusika katika athari za redox zinawakilishwa na awamu imara. Katika miitikio inayohusisha awamu dhabiti, udongo utakuwa na buffer sana hadi vipengele hivi viitikie. Uwezo wa buffer ni uwezo wa udongo kuhimili mabadiliko katika uwezo wa redox wakati wowote mvuto wa nje. Dhana hii inaashiria uthabiti wa mifumo ya redox ya udongo chini ya hali ya asili ya nguvu na inaweza kuitwa buffering ya nguvu. Katika mazingira ya asili, vitu vya humic na madini ya hidroksidi ya chuma huguswa kwa kasi ya chini.
Udongo una seti kubwa ya mifumo ya redox: Fe3+ - Fe2+, Mn2+ - Mn3+ - Mn4+, Cu+ - Cu2+, Co2+ - Co3+, NO3‾ - NO2‾ - NH3‾, S6‾ - S2‾.
Kuna mifumo ya redox inayoweza kutenduliwa na isiyoweza kutenduliwa. Mifumo inayoweza kubadilishwa ni ile ambayo, katika mchakato wa kubadilisha serikali ya redox, haibadilishi usambazaji wa jumla wa vifaa. Mifumo isiyoweza kutenduliwa katika mchakato wa kubadilisha utawala wa redox, vitu vingine vinapotea. Dutu hizi huwa na gesi au mvua. Kama sheria, mifumo isiyoweza kutenduliwa inatawala kwenye udongo.
Mifumo ya redox inayoweza kubadilishwa ni pamoja na:
Mfumo Fe3+ ⇆Fe2+. Mfumo huu unachukua mahali maalum kati ya mifumo inayoweza kubadilishwa. Humenyuka kwa umakini kwa mabadiliko kidogo katika mazingira ya redox. Umumunyifu wa misombo ya chuma ya feri ni ya chini sana. Uhamiaji wa misombo ya chuma inawezekana hasa kwa namna ya misombo ya chuma ya divalent chini ya hali kuongezeka kwa asidi na kupungua Eh.
Mfumo Mn2+ ⇆ Mn4+. Mfumo huu ni nyeti sana kwa mabadiliko katika ORP. Misombo ya tetravalent ya manganese haiwezi kuyeyuka chini ya hali ya tabia ya upeo wa udongo. Manganese inayoweza kubadilishwa ni tofauti. Mkusanyiko wa ioni za manganese huongezeka makumi ya maelfu ya mara kwa kuongezeka kwa asidi na kupungua kwa Eh. Uhamiaji wa misombo ya manganese wakati wa michakato ya kutengeneza udongo katika maelekezo ya wima na ya usawa ni sawa na uhamiaji wa misombo ya chuma.
Mifumo ya redox isiyoweza kutenduliwa ni pamoja na:
Mfumo NO3 → NO2 → NO → N. Mchakato wa nitrification na mkusanyiko wa nitrati hutokea chini ya hali ya oxidative na kwa juu Eh 400-500 mV. Unyevu wa udongo hupunguza Eh na kukuza maendeleo ya michakato ya denitrification.
Salfati za mfumo ⇆ salfaidi. Mfumo huu wa redox una jukumu muhimu katika udongo wote ambapo chumvi za asidi ya sulfuriki zipo. Kwa ushiriki wa microorganisms, mfumo wa sulfate-sulfidi mbele ya suala la kikaboni na ukosefu wa mabadiliko ya oksijeni kuelekea sulfidi. Mchakato wa kupunguza sulfati kuwa metali za sulfuri hufanyika:
Na2SO4 + 2C = Na2S + CO2
Chini ya ushawishi wa dioksidi kaboni iliyopo kwenye udongo, metali za sulfuri hutengana kwa urahisi na kuunda bicarbonates na carbonates za alkali na metali za dunia za alkali. Katika kesi hii, mchakato wa kupunguza sulfate hufanyika:
Na2S + H2CO3 = Na2CO3 + H2S
Hata hivyo, katika ufumbuzi wa udongo maudhui ya vipengele vilivyo na valence ya kutofautiana ni ndogo sana. Kwa hiyo, ufumbuzi wa udongo una uwezo wa chini wa OM na uwezo wa bafa, na thamani ya Eh ni imara.
Ushawishi mkubwa zaidi juu ya michakato ya OM katika udongo hutolewa na oksijeni kufutwa katika ufumbuzi wa udongo, microflora ya udongo na maji.
Takriban athari zote za udongo hutokea katika mazingira yenye maji, na maji yenyewe yanaweza kufanya kama wakala wa vioksidishaji na wakala wa kupunguza.
Kulingana na sifa za michakato ya redox, safu tatu za udongo zinajulikana: 1) udongo wa automorphic na predominance ya mazingira ya vioksidishaji, 2) udongo na mazingira ya kupunguza gley, 3) udongo na mazingira ya kupunguza sulfidi hidrojeni.
Michakato ya OM inahusiana kwa karibu na mabadiliko ya mabaki ya mimea, mkusanyiko na muundo wa matokeo. jambo la kikaboni, na matokeo yake, uundaji wa wasifu wa udongo.
mchakato huo wa mwingiliano kati ya vitu viwili ambavyo mmenyuko wa oxidation inayoweza kubadilika ya dutu moja hutokea kutokana na kupunguzwa kwa mwingine na mchanganyiko wa ions iliyooksidishwa na kupunguzwa hutengenezwa kwa kati, kwa mfano. - Fe"" na Fe", Sn" na Sn"", nk. Kiwango cha ukubwa wa mfumo wa redox imedhamiriwa na thamani ya uwezo wa redox Eh, ambayo inaonyeshwa kwa volts, kuhusiana na uwezo wa electrode ya kawaida ya hidrojeni. .
Chanya zaidi uwezo wa mfumo, mali zaidi ya oxidizing ina. Uwezo unaopatikana katika mifumo iliyo na viwango sawa vya ioni zilizooksidishwa na zilizopunguzwa huitwa. kawaida.
O. o.-v. Na. Kulingana na ukubwa wa uwezo wa kawaida, zinaweza kupangwa katika mfululizo, na kila mfumo kuwa wakala wa vioksidishaji kuhusiana na mfumo wenye uwezo mbaya zaidi wa kawaida, na wakala wa kupunguza kuhusiana na mfumo wenye uwezo mzuri zaidi wa kawaida. . Mifumo ya Redox ina jukumu muhimu katika malezi ya madini, mabadiliko ya vitu vya kikaboni katika miamba ya sedimentary, nk.
Dawa inayolingana au Sawa ni chembe halisi au ya kubuni inayoweza kuambatanisha, kutolewa, au vinginevyo kuwa sawa na mkutano wa hidrojeni katika miitikio ya ubadilishanaji wa ioni au elektroni katika miitikio ya redoksi.
Kwa mfano, katika majibu:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
sawa itakuwa chembe halisi - Na + ion, katika majibu
inayolingana itakuwa chembe ya kuwaziwa ½Zn(OH) 2.
Sawa ya dutu pia mara nyingi ina maana idadi ya vitu sawa au kiasi sawa cha dutu- idadi ya moles ya dutu sawa na mole moja ya cations hidrojeni katika mmenyuko unaozingatiwa.
[hariri] Misa sawa
Misa sawa ni wingi wa kitu kimoja sawa na kitu fulani.
[hariri] Uzito sawa wa molar ya dutu
Sawa na molekuli ya molekuli kawaida huonyeshwa kama au . Uwiano wa molekuli sawa ya molar ya dutu na halisi yake molekuli ya molar kuitwa sababu ya usawa(kawaida huteuliwa kama ).
Uzito wa molekuli ya vitu sawa ni wingi wa mole moja ya vitu sawa, sawa na bidhaa ya sababu ya usawa na molekuli ya molar ya dutu hii.
M eq = f eq ×M
[hariri] Sababu ya usawa
Uwiano wa molekuli sawa ya molar kwa molekuli yake ya molar inaitwa sababu ya usawa(kawaida huteuliwa kama ).
[hariri]Nambari ya usawa
Nambari ya usawa z ni nambari ndogo chanya sawa na idadi ya vitu sawa na dutu iliyo katika mole 1 ya dutu hiyo. Sababu ya usawa inahusiana na nambari ya usawa z uhusiano ufuatao: =1/z.
Kwa mfano, katika majibu:
Zn(OH) 2 + 2HCl = ZnCl 2 + 2H 2 O
Sawa ni ½Zn(OH) 2 chembe. Nambari ½ ni sababu ya usawa, z V kwa kesi hii sawa na 2
* - kwa gesi za inert Z = 1
Sababu ya usawa husaidia kuunda sheria ya usawa.
[hariri]Sheria ya usawa
Kama matokeo ya kazi ya I.V. Richter (1792-1800), sheria ya usawa iligunduliwa:
§ dutu zote huathiri kwa uwiano sawa.
§ fomula inayoelezea Sheria ya Sawa: m 1 E 2 =m 2 E 1
§ Electrochemical sawa- kiasi cha dutu ambayo inapaswa kutolewa kwenye electrode, kulingana na sheria ya Faraday, wakati kiasi cha umeme kinapita kupitia electrolyte:
§ Faraday iko wapi mara kwa mara.
§ Faraday ni mara kwa mara, ni hali thabiti ya kimwili ambayo huamua uhusiano kati ya sifa za kieletrokemikali na za kimwili za dutu.
§ Kiwango kisichobadilika cha Faraday ni sawa na C mol -1.
§ Kiwango cha kudumu cha Faraday kimejumuishwa kama kipenyo cha kudumu Sheria ya pili ya Faraday(sheria ya electrolysis).
§ Kiidadi, kiwango cha kudumu cha Faraday ni sawa na chaji ya umeme, wakati wa kupitia elektroliti kwenye elektrodi, (1/z) mole ya dutu A inatolewa katika fomula:
Wapi: 
- idadi ya elektroni zinazoshiriki katika majibu.
§ Kwa mara kwa mara ya Faraday, uhusiano ufuatao unashikilia:
§ ada ya msingi iko wapi, na ni nambari ya Avogadro.
Isotopu(kutoka kwa Kigiriki cha kale ισος - "sawa", "sawa", na τόπος - "mahali") - aina za atomi (na viini) vya moja kipengele cha kemikali Na kiasi tofauti neutroni kwenye kiini. Jina ni kutokana na ukweli kwamba isotopu ziko katika sehemu moja (katika seli moja) ya meza ya mara kwa mara. Sifa za kemikali za atomi hutegemea karibu kabisa muundo wa ganda la elektroni, ambalo, kwa upande wake, imedhamiriwa hasa na malipo ya kiini. Z(Hiyo ni, idadi ya protoni ndani yake) na karibu haitegemei idadi yake ya wingi A(Hiyo ni, jumla ya idadi ya protoni Z na neutroni N) Isotopu zote za kitu kimoja zina malipo sawa ya nyuklia, tofauti tu kwa idadi ya neutroni. Kwa kawaida, isotopu huteuliwa na ishara ya kipengele cha kemikali ambacho ni mali yake, pamoja na nyongeza ya usajili wa juu-kushoto unaoonyesha idadi ya wingi (kwa mfano, 12 C, 222 Rn). Unaweza pia kuandika jina la kipengee kinachofuatwa na nambari ya misa ya hyphenated (kwa mfano, kaboni-12, radon-222). Baadhi ya isotopu zina majina sahihi ya kitamaduni (kwa mfano, deuterium, actinone).
Mfano wa isotopu: 16 8 O, 17 8 O, 18 8 O - isotopu tatu imara za oksijeni.
[hariri] Istilahi
Msimamo wa msingi wa IUPAC ni kwamba istilahi sahihi ya umoja ili kuteua atomi (au viini) vya kipengele sawa cha kemikali chenye sifa sawa. wingi wa atomiki ni nuclide, na neno isotopu inaweza kutumika kuteua seti ya nuclides ya kipengele kimoja. Muda isotopu ilipendekezwa na kutumika mwanzoni wingi, kwa kuwa angalau aina mbili za atomi zinahitajika kwa kulinganisha. Baadaye, matumizi ya neno katika umoja pia yakaenea - isotopu. Kwa kuongeza, neno la wingi hutumiwa mara nyingi kutaja mkusanyiko wowote wa nuclides, na si kipengele kimoja tu, ambacho pia si sahihi. Hivi sasa, nafasi za mashirika ya kisayansi ya kimataifa haziletwa kwa usawa na neno isotopu inaendelea kutumika sana, ikijumuisha katika nyenzo rasmi za vitengo mbalimbali vya IUPAC na IUPAP. Huu ni mfano mmoja wa jinsi maana ya neno, asili ndani yake, huacha kuendana na wazo ambalo neno hili linatumika kuashiria (mfano mwingine wa kitabu cha kiada ni atomi, ambayo, kinyume na jina, haigawanyiki) .
[hariri]Historia ya ugunduzi wa isotopu
Ushahidi wa kwanza kwamba vitu vilivyo na tabia sawa ya kemikali vinaweza kuwa na tabia tofauti za mwili ulipatikana kwa kusoma mabadiliko ya mionzi ya atomi za vitu vizito. Mnamo 1906-07, iliibuka kuwa bidhaa ya kuoza kwa mionzi ya urani - ionium na bidhaa ya kuoza kwa mionzi - radiothorium, ina mali sawa ya kemikali kama thoriamu, lakini hutofautiana nayo kwa wingi wa atomiki na sifa za kuoza kwa mionzi. Iligunduliwa baadaye kuwa bidhaa zote tatu zilikuwa na mwonekano sawa wa macho na x-ray. Dutu kama hizo, sawa katika kemikali mali, lakini tofauti katika wingi wa atomi na baadhi mali za kimwili, kwa pendekezo la mwanasayansi wa Kiingereza F. Soddy, alianza kuitwa isotopu.
[hariri] Isotopu katika asili
Inaaminika kuwa muundo wa isotopiki wa vitu kwenye Dunia ni sawa katika vifaa vyote. Baadhi michakato ya kimwili kwa asili husababisha usumbufu wa muundo wa isotopiki wa vitu (asili kugawanyika isotopu tabia ya vipengele vya mwanga, pamoja na mabadiliko ya isotopu wakati wa kuoza kwa isotopu za asili za muda mrefu). Mkusanyiko wa taratibu wa viini katika madini - bidhaa za kuoza za baadhi ya nuklidi za muda mrefu - hutumika katika geochronology ya nyuklia.
[hariri]Matumizi ya isotopu kwa wanadamu
Katika shughuli za kiteknolojia, watu wamejifunza kubadili muundo wa isotopiki wa vipengele ili kupata mali yoyote maalum ya vifaa. Kwa mfano, 235 U ina uwezo wa kuathiri msururu wa mtengano na neutroni za joto na inaweza kutumika kama mafuta kwa vinu vya nyuklia au silaha za nyuklia. Hata hivyo, uranium ya asili ina 0.72% tu ya nuclide hii, wakati mmenyuko wa mnyororo inawezekana tu na maudhui ya U 235 ya angalau 3%. Kutokana na ukaribu mali ya kimwili na kemikali isotopu za vitu vizito, utaratibu wa urutubishaji wa isotopu ya urani ni kazi ngumu sana ya kiteknolojia ambayo inapatikana kwa nchi kadhaa tu ulimwenguni. Vitambulisho vya Isotopiki hutumiwa katika matawi mengi ya sayansi na teknolojia (kwa mfano, katika uchunguzi wa radioimmunoassay).
Kutengana mara kwa mara- aina ya msawazo wa mara kwa mara unaoonyesha tabia ya kitu kikubwa kujitenga (kutenganisha) kigeugeu kuwa vitu vidogo, kama vile wakati changamano hugawanyika katika molekuli zake kuu, au wakati chumvi inapojitenga suluhisho la maji kwa ions. Utengano wa mara kwa mara kawaida huonyeshwa Kd na kinyume cha ushirika mara kwa mara. Katika kesi ya chumvi, mara kwa mara ya kujitenga wakati mwingine huitwa mara kwa mara ya ionization.
KATIKA majibu ya jumla
ambapo tata A x B y huvunjika ndani x vitengo A na y vitengo vya B, mara kwa mara ya kujitenga imedhamiriwa kama ifuatavyo:
ambapo [A], [B] na ni viwango vya A, B na changamano A x B y, mtawalia.
[hariri]Ufafanuzi
Utengano wa kielektroniki wa elektroliti dhaifu, kulingana na nadharia ya Arrhenius, ni athari inayoweza kubadilishwa, ambayo ni, inaweza kuwakilishwa kimkakati na hesabu (kwa ioni monovalent :):
KA ↔ K + + A − ,
§ KA - kiwanja kisichounganishwa;
§ K+ - cation;
§ A − ni anion.
Usawa wa mara kwa mara wa majibu kama haya unaweza kuonyeshwa na equation:
 ,
| (1) |
§ - mkusanyiko wa kiwanja kisichounganishwa katika suluhisho;
§ - mkusanyiko wa cations katika suluhisho;
§ ni mkusanyiko wa anions katika suluhisho.
Mara kwa mara ya usawa kuhusiana na mmenyuko wa kujitenga inaitwa kujitenga mara kwa mara.
[hariri]Mtengano wa elektroliti na ayoni nyingi
Katika kesi ya kutengana kwa elektroliti na ioni za multivalent, kutengana hufanyika kwa hatua, na kwa kila hatua kuna. thamani ya eigen vidhibiti vya kujitenga.
Mfano: Kutengana kwa asidi ya polybasic (boroni) [ chanzo haijabainishwa siku 332] :
Hatua ya I: H 3 BO 3 ↔ H + + H 2 BO 3 − ,
Hatua ya II: H 2 BO 3 − ↔ H + + HBO 3 2− ,
Hatua ya III: HBO 3 2− ↔ H + + BO 3 3− ,
Kiwango cha kwanza cha kujitenga kwa electrolytes vile daima ni kubwa zaidi kuliko yale yaliyofuata, ambayo ina maana kwamba kutengana kwa misombo hiyo hutokea hasa katika hatua ya kwanza.
[hariri] Uhusiano kati ya hali ya kujitenga na kiwango cha kutengana
Kulingana na ufafanuzi wa kiwango cha kujitenga, kwa CA electrolyte katika mmenyuko wa kutengana = = α · c, = c - α · c = c · (1 - α), ambapo α ni kiwango cha kutengana kwa electrolyte.
| , | (2) |
Usemi huu unaitwa sheria ya dilution ya Ostwald. Kwa ndogo sana α (α<<1) K=cα² и
Kwa hiyo, wakati mkusanyiko wa electrolyte unapoongezeka, kiwango cha kujitenga hupungua, na kinapopungua, kinaongezeka. Uhusiano kati ya utengano wa mara kwa mara na kiwango cha kujitenga umeelezewa kwa undani zaidi katika kifungu cha Sheria ya Ostwald ya Dilution.
[hariri]Tofauti kati ya matokeo ya majaribio na modeli ya Arrhenius, chimbuko la kujitenga mara kwa mara kupitia shughuli.
Hesabu zilizo hapo juu zinatokana na nadharia ya Arrhenius, ambayo ni ghafi sana na haizingatii sababu za mwingiliano wa kielektroniki wa ioni. Mkengeuko kutoka kwa hali bora katika miyeyusho ya elektroliti hutokea kwa viwango vya chini sana, kwani nguvu za interion ni sawia. mraba umbali kati ya vituo vya ioni, wakati nguvu za intermolecular ni sawia shahada ya saba umbali, ambayo ni, nguvu za interionic, hata katika suluhisho za dilute, zinageuka kuwa kubwa zaidi kuliko zile za intermolecular.
Lewis alionyesha kuwa kwa suluhisho halisi equations rahisi zinaweza kuhifadhiwa (tazama hapo juu) ikiwa badala ya viwango vya ioni mtu ataanzisha kazi yake, ile inayoitwa. shughuli. Shughuli (a) inahusiana na ukolezi (c) kupitia kipengele cha kusahihisha γ, kinachoitwa mgawo wa shughuli:
a = γ c
Kwa hivyo, usemi wa usawa wa mara kwa mara, kulingana na Arrhenius, ulioelezewa na equation (1), kulingana na Lewis, utaonekana kama:
§ 
;
§ 
;
Katika nadharia ya Lewis, uhusiano kati ya mara kwa mara na kiwango cha kujitenga (katika nadharia ya Arrhenius iliyoandikwa na equation (2) inaonyeshwa na uhusiano:
Ikiwa hakuna mvuto mwingine unaokengeusha suluhu kutoka kwa hali bora, basi molekuli zisizounganishwa hutenda kama gesi bora na γ KA = 1, na usemi wa kweli wa sheria ya dilution ya Ostwald huchukua fomu:
§ - wastani wa mgawo wa shughuli za electrolyte.
Kwa c→0 na γ→1, mlingano wa hapo juu wa sheria ya dilution ya Ostwald inachukua fomu (2). Kadiri elektroliti inavyotengana, ndivyo kasi ya mgawo wa shughuli γ inapotoka kutoka kwa umoja, na kasi ya ukiukaji wa sheria ya dilution ya classical hutokea.
[hariri] Utengano wa mara kwa mara wa elektroliti kali
Elektroliti zenye nguvu hutengana karibu kabisa (mwitikio hauwezi kutenduliwa), kwa hivyo kiashiria cha usemi wa kujitenga mara kwa mara ni sifuri, na usemi mzima unaelekea kutokuwa na mwisho. Kwa hivyo, kwa elektroliti zenye nguvu neno "dissociation constant" haina maana.
[hariri]Mifano ya hesabu
[hariri] Mgawanyiko wa maji
Maji ni elektroliti dhaifu ambayo hujitenga kulingana na equation
Mgawanyiko wa kudumu wa maji kwa 25 ° C ni
Kwa kuzingatia kwamba katika suluhisho nyingi maji ni katika mfumo wa Masi (mkusanyiko wa H + na OH - ions ni chini), na kwa kuzingatia kwamba molekuli ya maji ya maji ni 18.0153 g / mol, na msongamano katika joto la 25 ° C. ni 997.07 g / l, maji safi yanafanana na mkusanyiko = 55.346 mol / l. Kwa hivyo, equation iliyopita inaweza kuandikwa tena kama
Kutumia fomula ya takriban inatoa kosa la takriban 15%:
Kulingana na thamani iliyopatikana ya kiwango cha kujitenga, tunapata pH ya suluhisho:
Kiwango cha kujitenga- kiasi kinachoonyesha hali ya usawa katika mmenyuko wa kujitenga katika mifumo ya homogeneous (homogeneous).
Kiwango cha kutenganisha α ni sawa na uwiano wa idadi ya molekuli zilizotenganishwa n kwa kiasi n + N, Wapi N- idadi ya molekuli zisizounganishwa. α mara nyingi huonyeshwa kama asilimia. Kiwango cha kujitenga kinategemea wote juu ya asili ya electrolyte iliyoharibika na juu ya mkusanyiko wa suluhisho.
[hariri] Mfano
Kwa asidi ya asetiki CH 3 COOH, thamani ya α ni 4% (katika suluhisho la 0.01 M). Hii ina maana kwamba katika ufumbuzi wa maji ya asidi, ni 4 tu kati ya kila molekuli 100 hutenganishwa, yaani, ziko katika mfumo wa H + na CH 3 COO - ions, wakati molekuli 96 zilizobaki hazijatenganishwa.
[hariri] Mbinu za uamuzi
§ kulingana na conductivity ya umeme ya suluhisho
§ kwa kupunguza kiwango cha kufungia
[hariri] Kiwango cha kufikirika cha kutengana
Kwa kuwa elektroliti kali hutengana karibu kabisa, mtu angetarajia mgawo wa isotonic kwao sawa na idadi ya ioni (au atomi za polarized) katika kitengo cha fomula (molekuli). Walakini, kwa ukweli, mgawo huu daima ni chini ya ile iliyoamuliwa na fomula. Kwa mfano, mgawo wa isotonic kwa ufumbuzi wa 0.05-mol wa NaCl ni 1.9 badala ya 2.0 (kwa ufumbuzi wa sulfate ya magnesiamu ya mkusanyiko huo ni kabisa. i= 1.3). Hii inafafanuliwa na nadharia ya electrolytes yenye nguvu, iliyoandaliwa mwaka wa 1923 na P. Debye na E. Hückel: harakati ya ions katika suluhisho inazuiwa na shell ya solvation iliyoundwa. Kwa kuongeza, ions pia huingiliana na kila mmoja: zile zilizoshtakiwa kinyume huvutia, na zile zinazoshtakiwa vile vile huwafukuza; Nguvu za kuvutia za pande zote husababisha uundaji wa vikundi vya ioni vinavyosonga kupitia suluhisho pamoja. Vikundi kama hivyo vinaitwa washirika wa ionic au jozi za ion. Ipasavyo, suluhisho hufanya kama lina chembe chache kuliko inavyofanya kweli, kwa sababu uhuru wao wa kusonga ni mdogo. Mfano wazi zaidi unahusu conductivity ya umeme ya ufumbuzi. λ , ambayo huongezeka kwa dilution ya suluhisho. Kutumia uwiano wa conductivity halisi ya umeme kwa dilution isiyo na kipimo, mtu huamua kiwango cha kufikirika cha kujitenga elektroliti kali, pia inaonyeshwa na α :
,
Wapi n img- ya kufikiria, na n dislv.- idadi halisi ya chembe katika suluhisho.
Kizuizi cha kukodisha
Athari za redox ni athari zinazotokea na mabadiliko katika hali ya oxidation ya vitu viwili au zaidi.
Hali ya oxidation- hii ni malipo ya kawaida kwenye atomi, ikiwa tunadhani kwamba molekuli huundwa kulingana na utaratibu wa ionic (au - hii ni idadi ya elektroni zilizopokelewa au kutolewa).
Warejeshaji- atomi, molekuli, ioni - elektroni zinazochangia.
Wakala wa oksidi- atomi, molekuli, ions - kukubali elektroni.
Wakala wa kupunguza hushiriki katika mchakato wa oxidation, kuongeza hali yao ya oxidation.
Wakala wa oxidizing - kushiriki katika mchakato wa kupunguza, kupunguza hali yao ya oxidation.
Aina za athari za redox
1. Intermolecular - athari ambayo vioksidishaji na atomi za kupunguza hupatikana katika molekuli za vitu tofauti, kwa mfano:
H2S + Cl2 → S + 2HCl
2. Ndani ya molekuli- athari ambazo vioksidishaji na atomi za kupunguza hupatikana katika molekuli za dutu moja, kwa mfano:
2H2O → 2H2 + O2
3. Kutokuwa na uwiano(oksidi-oxidation-kujiponya) - athari ambazo kipengele sawa hufanya kama wakala wa oksidi na kama wakala wa kupunguza, kwa mfano:
Cl2 + H2O → HClO + HCl
4. Uwiano (uwiano, counter-disproportionation) - athari ambapo hali moja ya oxidation hupatikana kutoka kwa hali mbili tofauti za oxidation ya kipengele sawa:
Aina za athari za redox katika mwili wa binadamu.
Mmenyuko wa upungufu wa haidrojeni: SH2 + HAD+= S + HADH+H+
Upotezaji wa elektroni: O20 + 1eO2-
Uhamisho wa 2H+ kutoka kwa substrate iliyopunguzwa hadi oksijeni ya molekuli: SH2 + O20 +2e= S + H2O
Ongezeko la oksijeni kwenye substrate: SH2 + 1/2O20 +2e= HO - S -H
Utaratibu wa kutokea kwa uwezo wa electrode na redox. Milinganyo ya Nernst-Peters.
Kipimo cha uwezo wa redox wa dutu ni uwezo wa redox. Wacha tuchunguze utaratibu wa uwezekano wa kutokea. Wakati chuma tendaji (Zn, Al) kinapoingizwa kwenye suluhisho la chumvi yake, kwa mfano Zn katika suluhisho la ZnSO4, kufutwa kwa ziada kwa chuma hutokea kama matokeo ya mchakato wa oxidation, uundaji wa jozi, umeme mara mbili. safu juu ya uso wa chuma, na kuibuka kwa uwezo wa jozi wa Zn2 +/Zn °.
Chuma kilichowekwa ndani ya suluhisho la chumvi yake, kwa mfano zinki katika suluhisho la sulfate ya zinki, inaitwa electrode ya aina ya kwanza. Hii ni electrode ya awamu mbili ambayo inachaji hasi. Uwezo huundwa kutokana na mmenyuko wa oxidation (Mchoro 8.1). Wakati metali ya chini ya kazi (Cu) inaingizwa katika suluhisho la chumvi yao wenyewe, mchakato wa kinyume unazingatiwa. Katika interface ya chuma na suluhisho la chumvi, chuma huwekwa kama matokeo ya mchakato wa kupunguza ioni ambayo ina uwezo wa juu wa kukubali elektroni, ambayo ni kwa sababu ya malipo ya juu ya kiini na radius ndogo ya ioni. . Electrode inakuwa chaji chanya, anioni za chumvi nyingi huunda safu ya pili katika nafasi iliyo karibu na elektrodi, na uwezo wa elektrodi wa jozi ya Cu2+/Cu° hutokea. Uwezo huundwa kutokana na mchakato wa kupunguza (Mchoro 8.2). Utaratibu, ukubwa na ishara ya uwezo wa electrode imedhamiriwa na muundo wa atomi za washiriki katika mchakato wa electrode.
Kwa hivyo, uwezo unaotokea kwenye kiunganishi kati ya chuma na suluhisho kama matokeo ya michakato ya oxidation na kupunguza inayotokea na ushiriki wa chuma (electrode) na malezi ya safu ya umeme mara mbili inaitwa. uwezo wa electrode.
Ikiwa elektroni huhamishwa kutoka sahani ya zinki hadi sahani ya shaba, basi usawa kwenye sahani huvunjika. Ili kufanya hivyo, tunaunganisha sahani za zinki na shaba, zilizoingizwa katika ufumbuzi wa chumvi zao, na conductor chuma, na ufumbuzi wa karibu-electrode na daraja electrolyte (tube na ufumbuzi K2SO4) kufunga mzunguko. Mwitikio wa nusu ya oksidi hufanyika kwenye elektroni ya zinki:
na juu ya shaba - kupunguza majibu ya nusu:
Mkondo wa umeme unasababishwa na mmenyuko wa jumla wa redox:
Umeme wa sasa unaonekana kwenye mzunguko. Sababu ya tukio na mtiririko wa sasa wa umeme (EMF) katika kiini cha galvanic ni tofauti katika uwezo wa electrode (E) - tini. 8.3.
Mchele. 8.3. Mchoro wa mzunguko wa umeme wa seli ya galvanic
Kiini cha Galvanic ni mfumo ambao nishati ya kemikali ya mchakato wa redox inabadilishwa kuwa nishati ya umeme. Mzunguko wa kemikali wa kiini cha galvanic kawaida huandikwa kwa namna ya mchoro mfupi, ambapo electrode hasi zaidi imewekwa upande wa kushoto, jozi inayoundwa kwenye electrode hii inaonyeshwa kwa mstari wa wima, na kuruka kwa uwezo kunaonyeshwa. Mistari miwili inaonyesha mpaka kati ya suluhisho. Chaji ya elektrodi imeonyeshwa kwenye mabano: (-) Zn°|Zn2+||Cu2+|Cu° (+) - mchoro wa saketi ya kemikali ya seli ya galvanic.
Uwezo wa redox wa jozi hutegemea asili ya washiriki katika mchakato wa elektroni na uwiano wa viwango vya usawa wa aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za washiriki katika mchakato wa elektroni kwenye suluhisho, joto la suluhisho, na imeelezewa. kwa mlinganyo wa Nernst.
Tabia ya kiasi cha mfumo wa redox ni uwezo wa redox, inayotokea kwenye kiolesura kati ya awamu ya platinamu na mmumunyo wa maji. Ukubwa wa uwezo katika vitengo vya SI hupimwa kwa volts (V) na huhesabiwa na Mlinganyo wa Nernst-Peters:
ambapo a(Ox) na (Nyekundu) ni shughuli ya fomu zilizooksidishwa na zilizopunguzwa, mtawalia; R- mara kwa mara gesi ya ulimwengu wote; T- joto la thermodynamic, K; F- Faraday mara kwa mara (96,500 C / mol); n- idadi ya elektroni zinazohusika katika mchakato wa msingi wa redox; a - shughuli ya ions hidronium; m- mgawo wa stoichiometric kabla ya ioni ya hidrojeni katika majibu ya nusu. Thamani φ° ni uwezo wa kawaida wa redox, i.e. uwezo unaopimwa chini ya hali a(Ox) = a(Red) = a(H+) = 1 na halijoto fulani.
Uwezo wa kawaida wa mfumo wa 2H+/H2 unachukuliwa kuwa 0 V. Uwezo wa kawaida ni thamani za marejeleo na zimeorodheshwa katika halijoto ya 298K. Mazingira yenye asidi nyingi si ya kawaida kwa mifumo ya kibaolojia, kwa hivyo, ili kubainisha michakato inayotokea katika mifumo hai, uwezo rasmi hutumiwa mara nyingi zaidi, unaoamuliwa chini ya hali a(Ox) = a(Nyekundu), pH 7.4 na joto 310K ( kiwango cha kisaikolojia). Wakati wa kuandika uwezo wa jozi, inaonyeshwa kama sehemu, na wakala wa oksidi katika nambari na wakala wa kupunguza katika denominator.
Kwa 25 °C (298K) baada ya kubadilisha thamani zisizobadilika (R = 8.31 J/mol deg; F= 96,500 C/mol) mlinganyo wa Nernst huchukua fomu ifuatayo:
ambapo φ° ni uwezo wa kawaida wa redox wa jozi, V; so.fyu na sv.f. - bidhaa ya viwango vya usawa wa fomu zilizooksidishwa na zilizopunguzwa, mtawaliwa; x na y ni mgawo wa stoichiometriki katika mlinganyo wa nusu-metiki.
Uwezo wa electrode hutengenezwa juu ya uso wa sahani ya chuma iliyoingizwa katika suluhisho la chumvi yake na inategemea tu mkusanyiko wa fomu iliyooksidishwa [Mn +], kwani mkusanyiko wa fomu iliyopunguzwa haibadilika. Utegemezi wa uwezo wa elektroni kwenye mkusanyiko wa ioni ya jina moja imedhamiriwa na equation:
ambapo [Mn+] ni mkusanyiko wa usawa wa ioni ya chuma; n- idadi ya elektroni zinazoshiriki katika majibu ya nusu na inafanana na hali ya oxidation ya ion ya chuma.
Mifumo ya redox imegawanywa katika aina mbili:
1) katika mfumo tu uhamisho wa elektroni hutokea Fe3+ + ē = = Fe2+, Sn2+ - 2ē = Sn4+. Hii usawa wa redox pekee;
2) mifumo wakati uhamisho wa elektroni unakamilishwa na uhamisho wa protoni, i.e. kuzingatiwa usawa wa pamoja wa aina tofauti: protolitiki (asidi-msingi) na redoksi na uwezekano wa ushindani kati ya chembe mbili za protoni na elektroni. Katika mifumo ya kibaolojia, mifumo muhimu ya redox ni ya aina hii.
Mfano wa mfumo wa aina ya pili ni mchakato wa matumizi ya peroxide ya hidrojeni katika mwili: H2O2 + 2H+ + 2ē ↔ 2H2O, pamoja na kupunguzwa kwa mazingira ya tindikali ya mawakala wengi wa oksidi yenye oksijeni: CrO42-, Cr2O72- , MnO4-. Kwa mfano, MnО4- + 8Н+ + 5ē = = Mn2+ + 4Н2О. Mwitikio huu wa nusu unahusisha elektroni na protoni. Uwezo wa jozi huhesabiwa kwa kutumia fomula:
Katika anuwai pana ya jozi za unganisho, aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za jozi ziko katika suluhisho katika viwango tofauti vya oksidi (MnO4-/Mn2+). Kama electrode ya kupima
katika kesi hii, electrode iliyofanywa kwa nyenzo za inert (Pt) hutumiwa. Electrode si mshiriki katika mchakato wa electrode na ina jukumu tu la carrier wa elektroni.
Uwezo unaotokana na mchakato wa redox unaotokea katika suluhisho huitwa uwezo wa redox.
Inapimwaredox electrode ni chuma cha ajizi kinachopatikana katika suluhisho iliyo na aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za jozi. Kwa mfano, wakati wa kupima Eo Wanandoa wa Fe3+/Fe2+ hutumia electrode ya redox - electrode ya kupima platinamu. Electrode ya kumbukumbu ni hidrojeni, uwezo wa jozi ambao unajulikana.
Mwitikio unaotokea katika seli ya galvanic:
Mchoro wa mnyororo wa kemikali: (-)Pt|(H2°), H+||Fe3+, Fe2+|Pt(+).
Kwa hivyo, uwezo wa kupunguza oxidation (ORP) ni uwezo wa mfumo ambao shughuli za aina za oksidi na za kupunguza za dutu fulani ni sawa na moja. ORP hupimwa kwa kutumia elektrodi za redox pamoja na elektrodi za kawaida za marejeleo.
Kila mmenyuko wa redox una yake mwenyewe wanandoa wa redox– jozi hii ina dutu hii katika umbo lililooksidishwa na kupunguzwa (Fe+3/Fe+2).
Kipimo cha kiasi cha shughuli ya jozi ya redox ni thamani ya ORP yake.
ORP mvuke >>>kioksidishaji
Jozi za ORP<<<восстановитель
ORP inategemea:
Tabia ya wanandoa wa redox,
Kuzingatia
Halijoto
Nguvu ya kulinganisha ya mawakala wa vioksidishaji na mawakala wa kupunguza. Kutabiri mwelekeo wa michakato ya redox kulingana na maadili ya uwezo wa redox.
Uwezo wa kupunguza oxidation ni kipimo cha uwezo wa redox wa dutu. Thamani za uwezo wa jozi za kawaida zimeonyeshwa kwenye jedwali la marejeleo.
Uwezo wa kawaida wa elektrodi (E°), zinazofanya kazi kama mawakala wa kupunguza kuhusiana na hidrojeni, zina ishara "-", na ishara "+" ina uwezo wa kawaida wa elektrodi ambazo ni mawakala wa vioksidishaji.
Vyuma vilivyopangwa kwa mpangilio unaoongezeka wa uwezo wao wa kawaida wa elektrodi huunda kinachojulikana mfululizo wa umeme wa voltages za chuma: Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Sb, Bi, Cu, Hg, Ag, Pd, Pt, Au.
Mifumo ifuatayo imebainishwa katika mfululizo wa uwezekano wa redox.
1. Ikiwa uwezo wa kawaida wa redox wa jozi ni hasi, kwa mfano φ° (Zn2+(p)/Zn°(t)) = -0.76 V, kisha kuhusiana na jozi ya hidrojeni, ambayo uwezo wake ni wa juu, jozi hii hufanya kazi. kama wakala wa kupunguza. Uwezo huundwa na utaratibu wa kwanza (majibu ya oxidation).
2. Ikiwa uwezo wa jozi ni chanya, kwa mfano φ° (Cu2+(p)/ Cu(t)) = +0.345 V kuhusiana na hidrojeni au jozi nyingine ya conjugate ambayo uwezo wake ni wa chini, jozi hii ni wakala wa oxidizing. Uwezo wa jozi hii huundwa na utaratibu wa pili (majibu ya kupunguza).
3. Thamani ya aljebra ya juu ya uwezo wa kawaida wa jozi, juu ya uwezo wa vioksidishaji wa fomu iliyooksidishwa na chini ya uwezo wa kupunguza wa fomu iliyopunguzwa ya jozi hii. Kupungua kwa thamani ya uwezo mzuri na ongezeko la hasi inafanana na kupungua kwa shughuli za oxidative na ongezeko la shughuli za kupunguza. Kwa mfano:
Ulinganisho wa maadili ya uwezo wa kawaida wa redox huturuhusu kujibu swali: hii au ile majibu ya redox hufanyika?
Tofauti kati ya uwezo wa kawaida wa oxidation wa jozi iliyooksidishwa na iliyopunguzwa inaitwa nguvu ya umeme (EMF).
E0 = Eok-Evost
Kigezo cha kiasi cha kutathmini uwezekano wa kutokea kwa mmenyuko fulani wa redoksi ni thamani chanya ya tofauti kati ya uwezo wa kawaida wa redoksi wa oxidation na kupunguza nusu ya athari.
Ili kuanzisha uwezekano wa kutokea kwa OVR chini ya hali ya kawaida, ni muhimu:
G0298= - p F E0
E>0 G< 0 - самопроизвольно
E< 0 G>0 - nyuma
E = 0 G = 0 - usawa wa kemikali
Kanuni za physicochemical ya usafiri wa elektroni katika mlolongo wa usafiri wa elektroni wa mitochondria.
Aina zote za michakato ya redox hutokea wakati wa oxidation ya substrates katika mitochondria, juu ya utando wa ndani ambayo iko ensembles ya Enzymes - dehydrogenases, coenzymes (NAD +, FAD, UBC), mfululizo wa cytochromes b, c1, c na enzyme. - oxidase ya cytochrome. Wanaunda mfumo wa mnyororo wa upumuaji wa seli, kwa njia ambayo protoni na elektroni hupitishwa kutoka kwa substrate hadi molekuli za oksijeni zinazotolewa na hemoglobin hadi seli.
Kila sehemu ya mnyororo wa kupumua ina sifa ya thamani fulani ya uwezo wa redox. Mwendo wa elektroni kando ya mlolongo wa kupumua hutokea hatua kwa hatua kutoka kwa vitu vilivyo na uwezo mdogo (-0.32 V) hadi vitu vyenye uwezo wa juu (+0.82 V), kwani kiwanja chochote kinaweza kutoa elektroni kwa kiwanja kilicho na uwezo wa juu wa redox (meza). 1).
Jedwali 1
Uwezo wa kawaida wa redox wa biomolecules ya mnyororo wa kupumua
MFUMO
NUSU MATENDO
UWEZO WA REDOX, V
NAD+/NAD×H
NAD+ + H+ + 2 ē → NAD×H
FAD/FAD×H2
FAD+ + 2H+ + 2 ē → FAD×N2
UBH/ UBH×N2
UBH+ 2H+ + 2 ē → UBH×N2
saitokromu b
saitokromu c1
saitokromu c
saitokromu a + a3
О2 + 4 Н+ + 4 ē → 2 Н2О
Mnyororo wa kupumua wa tishu unaweza kuwakilishwa kama mchoro:
Kama matokeo ya oxidation ya kibaolojia (dehydrogenation), atomi mbili za hidrojeni (kwa namna ya protoni mbili na elektroni mbili) kutoka kwenye substrate huingia kwenye mnyororo wa kupumua. Kwanza, mbio za relay ya protoni na jozi ya elektroni hutokea kwa molekuli ya NAD+, ambayo inageuka kuwa fomu iliyopunguzwa ya NAD. × H, kisha mfumo wa msingi wa flavin (FAD/FAD × H2 au FMN/FMN × H2), kipokezi kinachofuata cha protoni mbili na elektroni mbili ni ubiquinone (UBQ). Ifuatayo, elektroni pekee huhamishwa: elektroni mbili kutoka UBH × H2 inachukuliwa kwa mpangilio na cytochromes kwa mujibu wa maadili ya uwezo wao wa redox (Jedwali 1). Mwisho wa vipengele, cytochrome oxidase, huhamisha elektroni moja kwa moja kwenye molekuli ya oksijeni. Oksijeni iliyopunguzwa na protoni mbili zinazotokana na UBH × H2 huunda molekuli ya maji.
1/2 O2 + 2H+ + 2 ē → H2O
Ikumbukwe kwamba kila molekuli ya oksijeni huingiliana na minyororo miwili ya usafiri wa elektroni, kwa kuwa katika muundo wa cytochromes tu uhamisho wa elektroni moja Fe3 + → Fe2 + inawezekana.
Kemia ya misombo tata Aina za athari za redox (redox) katika mwili wa binadamu. Athari za redox ni athari zinazotokea na mabadiliko katika hali ya oxidation ya vitu viwili au zaidi.
Tuna hifadhidata kubwa zaidi ya habari katika RuNet, kwa hivyo unaweza kupata maswali sawa kila wakati
Kuna aina tatu kuu za athari za redox:
1. Intermolecular (intermolecular oxidation - kupunguza).
Aina hii inajumuisha athari nyingi zaidi ambazo atomi za kipengele cha oksidi na kipengele cha kupunguza ziko katika molekuli tofauti za vitu. Majibu yaliyojadiliwa hapo juu ni ya aina hii.
2. Intramolecular (intramolecular oxidation - kupunguza).
Hizi ni pamoja na athari ambazo wakala wa oksidi na wakala wa kupunguza kwa namna ya atomi za vipengele tofauti vilivyomo katika molekuli sawa. Athari za mtengano wa joto wa misombo huendelea kulingana na aina hii, kwa mfano:
2KCIO 3 = 2KCI + 3O 2.
3. Kutokuwa na uwiano (auto-oxidation - kujiponya).
Hizi ni athari ambazo wakala wa oksidi na kupunguza ni kipengele sawa katika hali sawa ya oxidation ya kati, ambayo kutokana na mmenyuko wote hupungua na kuongezeka. Kwa mfano:
3CI 0 2 + 6 KOH = 5 KCI + KCIO 3 + 3H 2 O,
3HCIO = HCIO 3 + 2HCI.
Athari za redox zina jukumu muhimu katika asili na teknolojia. Mifano ya OVR inayotokea katika mifumo asilia ya kibayolojia ni pamoja na mmenyuko wa usanisinuru katika mimea na michakato ya kupumua kwa wanyama na wanadamu. Michakato ya mwako wa mafuta yanayotokea katika tanuu za boilers kwenye mitambo ya nguvu ya joto na katika injini za mwako wa ndani ni mfano wa OVR.
ORRs hutumiwa katika uzalishaji wa metali, misombo ya kikaboni na isokaboni, na kufanya utakaso wa vitu mbalimbali, maji ya asili na taka.
9.5. Uwezo wa kupunguza oxidation (electrode).
Kipimo cha uwezo wa kupunguza oxidation wa dutu ni elektrodi au uwezo wao wa redoksi j ox / Nyekundu (uwezo wa redoksi).1 Uwezo wa kupunguza oxidation ni sifa ya mfumo wa redoksi, unaojumuisha umbo lililooksidishwa la dutu hii (Ox), iliyopunguzwa. fomu (Nyekundu) na elektroni. Ni kawaida kuandika mifumo ya redox kwa njia ya athari za kupunguza inayoweza kubadilika:
Ox + ne - D Nyekundu.
Utaratibu wa tukio la uwezo wa electrode. Tutaelezea utaratibu wa tukio la electrode au uwezo wa redox kwa kutumia mfano wa chuma kilichowekwa kwenye suluhisho iliyo na ions zake. Metali zote zina muundo wa fuwele. Mwamba wa kioo wa chuma unajumuisha Wanaume + ioni zilizo na chaji chanya na elektroni za bure za valence (gesi ya elektroni). Kwa kutokuwepo kwa suluhisho la maji, kutolewa kwa cations za chuma kutoka kwenye lati ya chuma haiwezekani, kwa sababu mchakato huu unahitaji gharama kubwa za nishati. Wakati chuma kinapoingizwa kwenye suluhisho la maji ya chumvi iliyo na cations za chuma, molekuli za maji ya polar, zinazoelekezwa sawasawa kwenye uso wa chuma (electrode), kuingiliana na cations za uso wa chuma (Mchoro 9.1).
Kama matokeo ya mwingiliano, chuma hutiwa oksidi na ioni zake zenye maji huingia kwenye suluhisho, na kuacha elektroni kwenye chuma:
Me (k) + m H 2 Oxidation Me n+ *m H 2 O (p) + ne-
Ya chuma inakuwa chaji hasi, na suluhisho inakuwa chaji chanya. Ions zilizochajiwa vyema kutoka kwa suluhisho huvutiwa na uso wa chuma ulioshtakiwa vibaya (Me). Safu ya mbili ya umeme inaonekana kwenye interface ya ufumbuzi wa chuma (Mchoro 9.2). Tofauti inayoweza kutokea kati ya chuma na suluhisho inaitwa uwezo wa electrode au uwezo wa redox wa electrode φ Ме n + /Ме(Ox / Nyekundu kwa ujumla). Chuma kilichoingizwa katika suluhisho la chumvi yake mwenyewe ni electrode (Kifungu cha 10.1). Ishara ya electrode ya chuma Me/Me n + inaonyesha washiriki katika mchakato wa electrode.
Wakati ions hupita kwenye suluhisho, chaji hasi ya uso wa chuma na chaji chanya ya suluhisho huongezeka, ambayo inazuia oxidation (ionization) ya chuma.
Sambamba na mchakato wa oxidation, athari ya nyuma hufanyika - kupunguzwa kwa ioni za chuma kutoka kwa suluhisho hadi atomi (mvua ya chuma) na upotezaji wa ganda la unyevu kwenye uso wa chuma:
Me n+ * m H 2 O(p) + ne- kupunguza Me(k) + m H 2 O.
Kadiri tofauti inayoweza kutokea kati ya elektrodi na suluhisho inavyoongezeka, kiwango cha mmenyuko wa mbele hupungua, na kiwango cha athari ya nyuma huongezeka. Kwa thamani fulani ya uwezo wa electrode, kiwango cha mchakato wa oxidation kitakuwa sawa na kiwango cha mchakato wa kupunguza, usawa umeanzishwa:
Me n + * m H 2 O (p) + ne - D Me (k) + m H 2 O.
Kwa unyenyekevu, maji ya uhamishaji kwa kawaida hayajumuishwi katika mlinganyo wa majibu na imeandikwa kama
Ме + (р) + ne - D Ме (к)
au kwa njia ya jumla kwa mifumo mingine yoyote ya redox:
Ox + ne - D Nyekundu.
Uwezo ulioanzishwa chini ya hali ya usawa wa mmenyuko wa electrode inaitwa uwezo wa usawa wa electrode. Katika kesi inayozingatiwa, mchakato wa ionization katika suluhisho inawezekana thermodynamically, na uso wa chuma unakuwa na kushtakiwa vibaya. Kwa baadhi ya metali (chini ya kazi), mchakato wa kupunguzwa kwa ioni za hidrati kwa chuma ni uwezekano wa thermodynamically zaidi, basi uso wao unashtakiwa vyema, na safu ya electrolyte iliyo karibu inashtakiwa vibaya.
Kifaa cha electrode ya hidrojeni. Thamani kamili za uwezo wa elektroni haziwezi kupimwa, kwa hivyo, maadili yao ya jamaa hutumiwa kuashiria michakato ya elektroni. Ili kufanya hivyo, pata tofauti ya uwezo kati ya electrode iliyopimwa na electrode ya kumbukumbu, uwezo ambao kwa kawaida huchukuliwa kuwa sifuri. Electrodi ya kawaida ya hidrojeni, ambayo huainishwa kama elektrodi ya gesi, mara nyingi hutumiwa kama elektrodi ya kumbukumbu. Kwa ujumla, electrodes ya gesi hujumuisha kondakta wa chuma katika kuwasiliana wakati huo huo na gesi na suluhisho iliyo na fomu iliyooksidishwa au iliyopunguzwa ya kipengele ambacho ni sehemu ya gesi. Mendeshaji wa chuma hutumikia kusambaza na kuondoa elektroni na, kwa kuongeza, ni kichocheo cha mmenyuko wa electrode. Mendeshaji wa chuma haipaswi kutuma ions yake mwenyewe kwenye suluhisho. Metali ya platinamu na platinamu inakidhi masharti haya.
Electrodi ya hidrojeni (Mchoro 9.3) ni sahani ya platinamu iliyofunikwa na safu nyembamba ya sahani ya porous huru (ili kuongeza 
uso wa electrode) na kuzama katika ufumbuzi wa maji ya asidi sulfuriki na shughuli (mkusanyiko) ya H + ions sawa na umoja.
Hidrojeni hupitishwa kupitia suluhisho la asidi ya sulfuri chini ya shinikizo la anga. Platinamu (Pt) ni chuma cha ajizi ambacho kwa kweli hakiingiliani na vimumunyisho au suluhu (haitoi ioni zake kwenye suluhisho), lakini ina uwezo wa kutangaza molekuli, atomi na ioni za vitu vingine. Platinamu inapogusana na hidrojeni ya molekuli, hidrojeni huwekwa kwenye platinamu. Adsorbed hidrojeni, kuingiliana na molekuli ya maji, huenda kwenye suluhisho kwa namna ya ions, na kuacha elektroni katika platinamu. Katika kesi hiyo, platinamu inashtakiwa vibaya, na suluhisho - vyema. Tofauti inayoweza kutokea kati ya platinamu na suluhisho. Pamoja na ubadilishaji wa ioni kuwa suluhisho, mchakato wa nyuma hufanyika - kupunguzwa kwa ioni za H + kutoka kwa suluhisho na malezi ya molekuli za hidrojeni. . Usawa katika electrode ya hidrojeni inaweza kuwakilishwa na equation
2H + + 2e - D H 2.
Alama ya elektrodi ya hidrojeni H 2 , Pt│H + . Uwezo wa elektrodi ya hidrojeni chini ya hali ya kawaida (T = 298 K, P H2 = 101.3 kPa, [H + ] = 1 mol/l, yaani pH = 0) inachukuliwa kuwa sawa kwa masharti na sifuri: j 0 2H + / H2 = 0 V.
Uwezo wa kawaida wa elektrodi . Uwezo wa elektrodi hupimwa kulingana na elektrodi ya kawaida ya hidrojeni chini ya hali ya kawaida(T = 298 K; kwa vitu vilivyoyeyushwa, mkusanyiko (shughuli) C Nyekundu = C o x = 1 mol / l au kwa metali C Me n + = 1 mol / l, na kwa vitu vya gesi P = 101.3 kPa), huitwa uwezo wa kawaida wa elektrodi na huteuliwa j 0 O x / Nyekundu. Hizi ni maadili ya kumbukumbu.
Kadiri thamani ya aljebra ya uwezo wao wa kawaida wa elektrodi (redox) inavyoongezeka, ndivyo uwezo wa vioksidishaji wa vitu unavyoongezeka. Kinyume chake, chini ya uwezo wa kiwango cha electrode ya reactant, hutamkwa zaidi mali zake za kupunguza. Kwa mfano, kulinganisha uwezo wa kawaida wa mfumo
F 2 (g.) + 2e - D 2F (p.) j 0 = 2.87 V
H 2 (r.)+ 2e - D 2H (r.) j 0 = -2.25 V
inaonyesha kuwa molekuli za F 2 zina mwelekeo wa kioksidishaji uliotamkwa sana, wakati ioni za H zina mwelekeo wa kupunguza.
Aina mbalimbali za shinikizo la chuma. Kwa kupanga metali katika mfululizo kadiri thamani ya algebraic ya uwezo wao wa kawaida wa elektrodi inavyoongezeka, kinachojulikana kama "Msururu wa uwezo wa kawaida wa elektroni" au "Msururu wa voltages", au "Msururu wa shughuli za metali" hupatikana.
Msimamo wa chuma katika "Msururu wa Uwezo wa Kawaida wa Electrode" ni sifa ya kupunguza uwezo wa atomi za chuma, pamoja na mali ya oksidi ya ioni za chuma katika ufumbuzi wa maji chini ya hali ya kawaida. Thamani ya chini ya thamani ya algebraic ya uwezo wa kawaida wa electrode, zaidi ya kupunguza mali ya chuma iliyotolewa kwa namna ya dutu rahisi, na dhaifu ya mali ya oxidizing ya ions zake na kinyume chake. .
Kwa mfano, lithiamu (Li), ambayo ina uwezo wa kiwango cha chini, ni mojawapo ya mawakala wenye nguvu zaidi ya kupunguza, wakati dhahabu (Au), ambayo ina uwezo wa hali ya juu zaidi, ni wakala dhaifu sana wa kupunguza na hufanya oxidize tu inapoingiliana na nguvu sana. mawakala wa vioksidishaji. Kutoka kwa data ya "Mfululizo wa Voltage" ni wazi kwamba ions ya lithiamu (Li +), potasiamu (K +), kalsiamu (Ca 2+), nk. - mawakala dhaifu wa vioksidishaji, na vioksidishaji vikali zaidi ni pamoja na ioni za zebaki (Hg 2+), fedha (Ag +), palladium (Pd 2+), platinamu (Pt 2+), dhahabu (Au 3+, Au +) .
Nernst equation. Uwezo wa electrode sio mara kwa mara. Wanategemea uwiano wa viwango (shughuli) za aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za dutu, juu ya joto, asili ya dutu iliyoyeyushwa na kutengenezea, pH ya kati, nk. Utegemezi huu umeelezwa. Mlinganyo wa Nernst:
,
ambapo j 0 О x / Nyekundu ni uwezo wa kawaida wa electrode wa mchakato; R - gesi ya ulimwengu wote; T - joto kabisa; n ni idadi ya elektroni zinazohusika katika mchakato wa electrode; oh, Nyekundu - shughuli (mkusanyiko) wa aina zilizooksidishwa na zilizopunguzwa za dutu katika mmenyuko wa electrode; x na y ni coefficients stoichiometric katika equation ya majibu ya electrode; F ni Faraday ya mara kwa mara.
Kwa kesi wakati electrodes ni chuma na usawa imara juu yao ni ilivyoelezwa kwa fomu ya jumla
Mimi n + + ne - D Mimi,
Mlinganyo wa Nernst unaweza kurahisishwa kwa kuzingatia kwamba kwa vitu vizito shughuli ni thabiti na ni sawa na umoja. Kwa 298 K, baada ya kubadilisha Me =1 mol/l, x=y=1 na maadili ya kudumu R=8.314 J/K*mol; F = 96485 C/mol, ikibadilisha shughuli ya Me n + na mkusanyiko wa molar ya ioni za chuma katika suluhisho la C Me n + na kuanzisha sababu ya 2.303 (mpito hadi logarithms ya desimali), tunapata mlinganyo wa Nernst katika fomu
j Ме n + / Ме = j 0 Ме n + / Ме + lg С Ме n + .
Maitikio hutofautiana intermolecular, intramolecular na oxidation-otomatiki-kujiponya (au kutofautiana):
Ikiwa mawakala wa oxidizing na kupunguza ni vipengele vilivyojumuishwa katika utungaji tofauti misombo, basi majibu inaitwa intermolecular.
Mfano: Na2 S O3+ O 2 Na 2 HIVYO 4
sawa sawa
Ikiwa wakala wa oksidi na wakala wa kupunguza ni vipengele ambavyo ni sehemu ya kiwanja sawa, basi mmenyuko huitwa intramolecular.
Mfano: ( N H 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O.
v–l o–l
Ikiwa wakala wa oksidi na kupunguza ni kipengele sawa katika kesi hii, sehemu ya atomi zake ni oxidized, na nyingine ni kupunguzwa, basi majibu inaitwa autoxidation-kujiponya.
Mfano: H 3 P O 3 H 3 P O4+ P H 3
katika-l/o-l
Uainishaji huu wa athari unageuka kuwa rahisi katika kuamua vioksidishaji na mawakala wa kupunguza kati ya dutu fulani.
4 Uamuzi wa uwezekano wa redox
majibukwa hali ya oxidation ya vipengele
Hali ya lazima kwa mwingiliano wa dutu kulingana na aina ya redox ni uwepo wa wakala wa oksidi na wakala wa kupunguza. Ufafanuzi wao ulijadiliwa hapo juu; sasa tutaonyesha jinsi ya kutumia mali hizi kuchambua uwezekano wa mmenyuko wa redox (kwa suluhisho la maji).
Mifano
1) HNO 3 + PbO 2 ... - mmenyuko haufanyiki, kwa sababu Hapana
o-l o-l wakala wa kupunguza uwezo;
2) Zn + KI ... - mmenyuko haufanyiki, kwa sababu Hapana
v–l v–l wakala wa kuongeza vioksidishaji;
3) KNO 2 +KBiO 3 +H 2 SO 4 ...- mwitikio unawezekana ikiwa
baadhi ya KNO 2 itakuwa wakala wa kupunguza;
4) KNO 2 + KI +H 2 SO 4 ... - majibu yanawezekana ikiwa
o - l v - l KNO 2 itakuwa wakala wa oxidizing;
5) KNO 2 + H 2 O 2 ... - majibu yanawezekana ikiwa
c – l o – l H 2 O 2 itakuwa wakala wa vioksidishaji, na KNO 2
Reducer (au kinyume chake);
6) KNO 2 ... - majibu yanawezekana
o - l / v - l kutokuwa na uwiano
Uwepo wa vioksidishaji na mawakala wa kupunguza ni hali ya lazima lakini haitoshi kwa majibu kutokea. Kwa hivyo, katika mifano iliyojadiliwa hapo juu, katika tano tu tunaweza kusema kwamba moja ya athari mbili zinazowezekana zitatokea; katika hali nyingine, maelezo ya ziada yanahitajika: itakuwa majibu haya kwa juhudi nzuri.
5 Kuchagua wakala wa vioksidishaji (wakala wa kupunguza) kwa kutumia majedwali ya uwezo wa elektrodi. Uamuzi wa mwelekeo wa upendeleo wa athari za redox
Miitikio hutokea yenyewe, kama matokeo ambayo nishati ya Gibbs hupungua (G ch.r.< 0). Для окислительно–восстановительных реакций G х.р. = - nFE 0 , где Е 0 - разность стандартных электродных потенциалов окислительной и восстановительной систем (E 0 = E 0 ок. – E 0 восст.) , F - число Фарадея (96500 Кулон/моль), n - число электронов, участвующих в элементарной реакции; E часто называют ЭДС реакции. Очевидно, что G 0 х.р. < 0, если E 0 х.р. >0.
ni mchanganyiko wa mbili
majibu nusu:
Zn → Zn 2+ na Cu 2+ → Cu;
wa kwanza wao, ikiwa ni pamoja na wakala wa kupunguza(Zn) na fomu yake iliyooksidishwa (Zn 2+) inaitwa kurejesha mfumo, pili, ikiwa ni pamoja na kioksidishaji(Cu 2+) na umbo lake lililopunguzwa (Cu), - kioksidishaji mfumo.
Kila moja ya athari hizi za nusu inaonyeshwa na thamani ya uwezo wa elektroni, ambayo inaashiria, mtawaliwa,
E kurejesha = E 0 Zn 2+ / Zn na E takriban. = E 0 Cu 2+ / Cu .
Maadili ya kawaida ya E 0 yanatolewa katika vitabu vya kumbukumbu:
E 0 Zn 2+ / Zn = - 0.77 V, E 0 Cu 2+ / Cu = + 0.34 V.
EMF =.E 0 = E 0 takriban. - E 0 kurejesha = E 0 Cu 2+ / Cu - E 0 Zn 2+ / Zn = 0.34 – (–0.77) = 1.1 V.
Ni dhahiri kwamba E 0 > 0 (na, ipasavyo, G 0< 0), если E 0 ок. >E0 kurejesha , i.e. Mmenyuko wa redox huendelea katika mwelekeo ambao uwezo wa electrode wa mfumo wa oksidi ni mkubwa zaidi kuliko uwezo wa electrode wa mfumo wa kupunguza.
Kwa kutumia kigezo hiki, unaweza kuamua ni mwitikio gani, moja kwa moja au wa kinyume, hutokea hasa, na vile vile chagua wakala wa vioksidishaji (au wakala wa kupunguza) kwa dutu fulani.
Katika mfano uliojadiliwa hapo juu, E 0 ni takriban. > E 0 kurejesha Kwa hivyo, chini ya hali ya kawaida, ioni za shaba zinaweza kupunguzwa na zinki ya metali (ambayo inalingana na nafasi ya metali hizi kwenye safu ya elektroni)
Mifano
1. Amua ikiwa inawezekana kuongeza ioni za iodidi na ioni za Fe 3+.
Suluhisho:
a) andika mchoro mwitikio unaowezekana: Mimi – + Fe 3+ I 2 + Fe 2+,
v–l o–l
b) hebu tuandike majibu ya nusu ya mifumo ya oksidi na upunguzaji na uwezo unaolingana wa elektrodi:
Fe 3+ + 2e – Fe 2+ E 0 = + 0.77 B - mfumo wa vioksidishaji,
2I - I 2 + 2e - E 0 = + 0.54 B - mfumo wa kupunguza;
c) baada ya kulinganisha uwezo wa mifumo hii, tutahitimisha kuwa majibu yaliyotolewa yanawezekana (chini ya hali ya kawaida).
2. Chagua vioksidishaji (angalau vitatu) kwa mabadiliko fulani ya dutu na uchague kutoka kwao moja ambayo majibu huendelea kabisa: Cr(OH) 3 CrO 4 2 - .
Suluhisho:
a) pata katika kitabu cha kumbukumbu E 0 CrO 4 2 – / Cr (OH)3 = - 0.13 V,
b) kwa kutumia kitabu cha marejeleo, tutachagua mawakala wanaofaa wa kuongeza vioksidishaji (uwezo wao unapaswa kuwa mkubwa kuliko - 0.13 V), huku tukizingatia vioksidishaji vya kawaida, "zisizo na upungufu" (halojeni - vitu rahisi, peroksidi ya hidrojeni, permanganate ya potasiamu). , na kadhalika. ).
Inabadilika kuwa ikiwa mabadiliko ya Br 2 → 2Br - yanafanana na uwezo mmoja E 0 = +1.1 V, basi kwa ions ya permanganate na peroxide ya hidrojeni chaguzi zifuatazo zinawezekana: E 0 MnO 4 - / Mn 2+ = + 1.51 V - - V chachu mazingira,
E 0 MnO 4 – / MnO 2 = + 0.60 V - ndani upande wowote mazingira,
E 0 MnO 4 – / MnO 4 2 – = + 0.56 V - ndani alkali mazingira,
E 0 H 2 O 2 / H 2 O = + 1.77 B - ndani chachu mazingira,
E 0 H 2 O 2/ OH – = + 0.88 B - ndani alkali mazingira.
Kwa kuzingatia kwamba hidroksidi ya chromium iliyoainishwa na hali hiyo ni ya amphoteric na kwa hivyo inapatikana tu katika mazingira dhaifu ya alkali au upande wowote, vioksidishaji vifuatavyo vinafaa:
E 0 MnO4 - /MnO2 = + 0.60 V na. E 0 Br2 /Br – = + 1.1 B..
c) hali ya mwisho, uchaguzi wa kioksidishaji bora kutoka kwa kadhaa, hutatuliwa kwa msingi kwamba majibu yanaendelea zaidi, hasi zaidi G 0 ni kwa ajili yake, ambayo kwa upande wake imedhamiriwa na thamani E 0:
Kiasi kikubwa cha algebra E 0 , hasa mmenyuko wa redox unaendelea kikamilifu, mavuno makubwa ya bidhaa.
Kati ya vioksidishaji vilivyojadiliwa hapo juu, E 0 itakuwa kubwa zaidi kwa bromini (Br 2).
Inapakia...