Тотығу-тотықсыздану реакциялары презентация

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 қатыспайтын реакциялардың да Тотығу-тотықсыздану реакциялар болатындығы анықталды.

Тотығу-тотықсыздану процесінің осы күнгі теориясын жасаған
біздің еліміздің ғалымдары — Л. В. Писаржевский,
Я. И. Михайленко, A. М. Беркенгейм және С. В. Даин.
Ол теорияның негізгі қағидалары мыналар:
Тотығу дейтініміз, атомның, молекуланың, ионның электрон беру процесі. Мысалы:
а) атом электронын берсе, оң зарядты ионға:
С1 —7ē→С1 + 7 айналады.
б) теріс зарядты ион электрон берсе, нейтрал атомға: C1+ + ē →С10,
оң зарядты ионға С1-—2ē→С1 + айналады,
в) оң зарядты ион электрон берсе, оның оң заряды берген электрон санына сәйкес өседі:
C1+ —4ē→С1+5

Тотықсыздану дейтініміз атомның, молекуланың немесе ионның электрон қосып алу процесі.
Мысалы:
а) атом электрон қосып алса, теріс зарядты ионға айналады:
Сl0 + ē = Сl-;
б) оң зарядты ион электрон қосып алса, заряд саны кеміген оң зарядты ионға:
Сl + 5 + 4ē→Сl+ ,
нейтрал атомға:
Сl+5 + 5ē→Сl0,
теріс зарядты ионға:
Сl + 5+6ē→Сl- айналады.
Тотықтырғыш— электрон қосып алушы бөлшек (нейтрал атом, молекула, ион).
Тотықсыздандырғыш — электрон беруші бөлшек (нейтрал атом, молекула не ион).

Тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш дейтініміз электрон алатын, беретін заттың аты; тотығу, тотықсыздану дейтініміз электрон беру нсмесе алу процесінің аты. Тотықтырғыш электрон қосып алатын зат, ал электрон қосып алу процесі тотықсыздану деп аталады, демек тотықтырғыш реакция кезінде өзі тотықсызданады. Енді тотықсыздакдырғьии электрон беретін зат, ал электрон беру процесін біз тотығу дедік, демек тотықсыздандырғыш реакция кезінде өзі тотығады.

Тотығуды электрон беру процесі дедік, бірақ осы процесте сол берген электронды алатын процесс, яғни тотықсыздану процесі болмаса тотығу процесі жеке бола алмайды.
Демек, электрон көшуімен байланысты әрбір реакция қарама-қарсы екі процестің — тотығу мен тотықсызданудың — б і р л е с у і.
Осындай реакциялардың барлығын қазіргі кезде тотығу– тотықсыздану реакциялары деп атайтын болды.

Анорганикалық химиядағы реакциялардың барлығын екіге бөлуге болады: 1) реакцияласушы элементтердің валенттігі өзгермей реакцияласу, 2) валенттігі өзгеріп реакцияласу. Біріншісіне жататын түрлі иондар арасындағы алмасу реакциялары, ол реакциялардың теңдіктерін де жазу оңай. Екіншісіне жататын қосылу, ығыстыру және бір сыпыра, көбінесе, күрделі болып келетін, химиялық реакциялар. Реакцияласушы элементтердің валенттіктерінің өзгеруі, реакция кезінде оның атомдарының, молекулаларының, иондарының электрондары бірінен-біріне ауысып кетуінен болады, ондайда олардың тотығу күйі (дәрежесі) өзгереді. Осындай реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атайды. Мысалы:
Mg + Cl2 = MgCl2

Тотығу дәрежесінің оң, теріс және нөлдік болуы мүмкін, әдетте оны араб сандарымен көрсетіп жанына — таңбаларын жазып элементтің символының үстіне жазылады.
Тотығу деген термин ертеден келеді, ол кезде тотығу деп оттекпен қосылуды ғана айтатын. Тотықсыздану, одан да ерте, алхимиктер заманында, оксидтерден таза металл шығарып алу кезінде қолданылған. Сонымен тотығу — оттекті қосып алу, тотықсыздану оттекті қосылыстан тартып алу деген түсінік ұзақ уақыт қолданылды.

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.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестірудің екі тәсілі бар, электронды баланс және ионды-электронды тәсілдері.
Екі тәсілдің де негізі бірдей: ол — тотығу-тотықсыздану процесінде тотықсыздандырғыш
берген электрондардың саны тотықтырғыш қосып алған электрондар санына тең болуы шарт.

Электоронды байланыс әдісі бойынша күкірт сутектің қышқылдық ортада калий перманганатымен әрекеттесу реакциясын мысал ретінде алып теңдеуін құрастырып, теңестірейік.
1) ең алдымен реакцияға қатысатын және реакция нәтижесінде түзілетін заттардың формулаларын жазамыз:
H2S+ KMnO4 + H2SO4 → S + MnSO₄ + K₂SO₄+ H₂O
2) Реакция кезінде тотығу дәрежелері өзгеретін элементтерді тауып, олардың тотығу дәрежелерін формула үстіне таңбалаймыз:
H₂S⁻² + KMn⁺⁷O₄ + H₂SO₄ → S⁰ + Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O
Бұдан күкірт пен марганецтің тотығу – дәрежелері өзгеретіні Н2S тотықсыздандырғыш , KMnO4 - тотықтырғыш байқалады.
3) Электрондарды беру және қосып алу процесі бойынша негізгі яғни тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш коэффиценттерді тауып, электрондық теңдеуін жазамыз: тотығу S-2-2ē=S° 5 тотықсызданады
тотықсыздану Мn+7 + 5ē = Мn+2 2 тотығады
4) Реакцияға қатысатын және түзілетін атомдарының
коэффициенттерін тауып, өзара теңестіреміз:
5H2S + 2КМnО4 + 3H2SО4= 5S + 2MnSО4+K2SO4+8Н2О

Осы келтірілген реакцияның теңдеуін енді жартылай
реакция немесе ионды-электронды әдіс бойынша теңестірейік.
Ол үшін:
Тотығу-тотықсыздану процестің иондық теңдеуін жазамыз:
H2S + MnО4- + H+→S + Mn2+ + H2О
2.Тотығуға және тотықсыздануға қатысқан бөлшектерді екі бөліп,
оны жартылай реакция түрінде жазамыз:
тотығу H2S - 2ē = S + 2H+ 5 тотықсызданады
тотықсыздану МnО4ˉ + 8Н+ + 5ē = Мn2+ + 4Н2О 2 тотығады
Соңғы теңдеуде МnO4- аниондағы 4 оттегі атомын
байланыстыру үшін 8Н+ қоса жазылады.

3. Табылған коэффициенттерге жартылай реакциялар теңдеуін қосып, теңестірілгсн жалпы иондық теңдеуді жазамыз:
5H2S + 2MnO4- + 6Н + = 5S + 2Мn2+ 8Н2О
Соңында реакцияның иондық теңдеу негізінде
молекула- лық теңдеуді толық жазамыз:
5H2S + 2KMnО4 + 3H2SО4 = 5S + 2MnSО4 + K2SО4 + 8Н2О
Теңестірудің бұл екі әдісі іс жүзінде бірдей қолданылады,
Алайда ерітінділерде өтетін тотығу-тотықсыздану реакцияларын тек ионды-электронды әдісі бойынша ғана құрастырған жөн.

Тотығу-тотықсыздану реакцияларының түрлері
Үш түрлі тотығу-тотыксыздану реакциялары болады:
Атомдар немесе молекулалар арасындағы тотығу- тотықсыздану реакциялары.
Бұған электрондардың атомдар, молекулалар немесе иондар арасында болатын алмасу реакциялары жатады:
2Са+2 + О2° = Са+2О-2;
H20 + Cl20 = 2H+Cl- ;
Zn0 + Cu+2SO4 = Cu0 + Zn+2SО4

2) Ѳзін-ѳзі тотықтыру-тотықсыздандыру немесе
диспропорциялану реакциялары.Бұл жағдайда бір ғана атом, молекула немесе иондар тотықтырғыш та,тотықсыздандырғыш та бола алады.
Мысалы:
Сl2+Н2O↔ НСl-1 + НСl+1О
реакциясында хлордың тотығу дәрежесі ғана өзгереді;
Сl2 молекуласындағы хлор атомдары элек- тронын береді және алады:
Сl0 – ē = Сl+1 С10 + ē = С1-1
Демек екі хлор атомдарының біреуі — тотықсыздандырғыш,
екіншісі — тотықтырғыш.

3) Молекула ішіндегі тотығу-тотықсыздану реакциялары
бір ғана молекуладағы екі турлі атомның біріне- бірінің электрондарды
ауыстыруы арқылы жүзеге асады.
Мұндай реакциялар көп жағдайда күрделі заттардың ыдырауына сай келеді.
Мысалы, аммоний дихроматының (NH4)2Cr2O7 ыдырауы кезінде
азот пен хром атомдарының тотығу дәрежелері өзгереді:
(N-3H4)2 Сr2О7 = N2° + Сr2O3 + 4Н20
тотығу 2N-3 - 6ē = N20 1 тотықсызданады
тотықсыздану 2Cr+6 + 6ē = 2Cr+3 1 тотығады

Тотығу-тотықсыздану реакцияларының стехиометр коэффицеттерін табудың бұлардан басқа А.Гарсиа, электронды баланс, математикалық әдістері де бар. Химияда Тотығу-тотықсыздану реакциялар өте көп таралған. Мысалы, аммиак, азотқышқылы, күкірт қышқылын алу, электролиз (анодта электрхимиялық тотығу, катодта электрхимиялық тотықсыздану), жану процесі, металдар коррозиясы, фотосинтез, т.б. маңызды биологиялық құбылыстар Тотығу-тотықсыздану реакциялар процесіне жатады. Тотығу-тотықсыздану реакциялар өнеркәсіпте және техникада көміртек оксидтерін, таза металл, т.б. алуда кеңінен қолданылады.