Жай, бинарлы және күрделі бейорганикалық заттардың қатысуымен жүретін тотығу-тотықсыздану реакциялары. Химия, 10 сынып, қосымша материал.

 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының жіктелуі

 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының түрлері өте көп, деген мен тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қандай қосылыстың құрамына кіруіне байланысты, қандай элементтердің тотығу немесе тотықсыздануына байланысты олар молекулааралық, молекулаішіндік, диспропорциялық болып үш топқа бөлінеді.

• Молекулааралық тотығу-тотықсыздану реакциялары.

 Әр түрлі қосылыстардың арасында жүреді, яғни тотықсыздандырғыш бір қосылыстың құрамында, ал тотықтырғыш екінші қосылыстың құрамында болады. Мысалы, металл мен қышқыл арасындағы реакция:

 2Na + 2HCl = 2NaCl + H₂↑

 металл мен тұздар арасындағы реакция:

 Na + Hg(NO₃)₂ = NaNO₃ + Hg

 металл мен оксидтердің арасындағы реакция:

 AgO + Zn = Ag + ZnO;

 қышқылдар мен қышқылдар арасындағы реакция:

 8HNO₃ + 3H₂S = 8NO

• Молекулаішіндік тотығу-тотықсыздану реакциялары.

 Бұндай реакциялар жүргенде бір молекула құрамына кіретін бір атом тотығу процесіне, ал екінші атом тотықсыздану процесіне қатынасып, электрон бергені тотықсыздардырғыш, ал электрон қосып алған – тотықтырғыш қызметтерін атқарады:

 Молекулаішіндік тотығу-тотықсыздану реакциясына бір молекуланың ішінде тотығу дәрежелері әр түрлі бір атом электрон беріп, ал екіншісі алып, тотығу-тотықсыздану реакциясының жүруіне себепкер болады бөлу реакциясында көрсетуге болады.

2KCI⁵⁺O₃^2-→2KCI^1-+3O₂⁰

2 CI⁵⁺+ 6e→ CI^1- тотықсыздану процессі, CI⁵⁺ -тотықтырғыш

3 2O^2—4e→ O₂⁰ тотығу процессі, O^2—- тотықтырғыш

• Диспропориялану тотығу-тотықсыздану реакциялар

 Химиялық реакциялар жүрген кезде молекула құрамына кіретін тотығу дәрежесі бірдей атом бірде тотықсыздандырғыш қызметін атқарса, екінші жағдайда тотықтырғыш ролін атқарады:

3H₂Mn⁺⁶O₄= 3HMn⁺⁷O₄+ Mn⁺⁴O₂+ 2H₂O

2 Mn⁺⁶- 1e→ Mn⁺⁷ тотығу процессі, Mn⁺⁶ тотықсыздандырғыш

1 Mn⁺⁶+ 2e→ Mn⁺⁴ тотықсыздану процессі, Mn⁺⁶ тотықтырғыш

 Аса маңызды тотықсыздандырғыштар мен тотықтырғыштар

 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының жүруінің жалпы шарты реакцияға тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш қатысуы қажет.

 Маңызды тотықсыздандырғыштарға металдың бейтарап атомдары (Na, K, Ca, Al, Fe, …), кейбір бейтарап металеместер (С, S, H₂), металеместердің теріс зарядты иондары (Сl^-, Br^-, S^2-, …), өздерінің тотығу дәрежелерін арттыра алатын кейбір металл иондары (Ge²⁺, Sn²⁺, Fe²⁺, Cr³⁺В), құрамында аралық () жатады. Осымен қатар практикада қолданылатын аса маңызды тотықсыздандырғыштар қатарына көміртек оксиді, күкіртті қышқыл (H₂SO₃) және оның тұздары (Na₂SO₃, NaHSO₃), фосфорлы қышқыл Н₃РО₃, құмырсқа қышқылы НСООН, спирттер, альдегидтер, глюкоза кіреді

 Тотықтырғыш ретінде күшті бейметалдар (F₂, Cl₂, Br₂, O₂, O_3, S).

 Тотығу дәрежесі жоғары атомдар аниондары ().

 Жоғары валентті оксидтер (PbO₂, SO₃, CrO₃, Mn₂O₇) бейтарап күйге ауысатын металл және сутек (Cu⁺², Fe⁺³, Au⁺³, Cr⁺³, H⁺) катиондары қолданылады.

 Осы тотықтырғыштардың ішінде практикада көп қолданатыны оттек металлургия және химия өнеркәсібінің басты тотықтырғышы), калий перманганаты KMnO₄ (көптеген бейорганикалық және органикалық сан алуан заттарды тотықтыратын күшті тотықтырғыш), күкірт, дихромат қышқылы, бос күйіндегі металдар мен бейметалдарды тотықтыратын реагент, сутек пероксиді (жұмсақ тотықтырғыш ретінде тері өндірісінде қолданылады).

 Тотығу тотықсыздану реакциясының көмегімен әр түрлі металдар, металл жабындыларын, химия өнеркәсібінде синтездеу арқылы маңызды өнімдер (NH₃, HNO₃, H₂SO₄ және т.б) алады. Сондай-ақ алуан-түрлі заттарды сараптайды, электр станциясы, мұнай және газды өңдеу заводтарының қалдықтарын, табиғи және тұрғын суларды тотығу- тотықсыздану реакциялары арқылы тазалайды.

 Тыныс алу жүйесін реттеуде, ас қорытылуда жануарлар мен өсімдіктер организмдерінде зат алмасуында тотығу-тотықсыздану реакциялары маңызды роль атқарады.

 Табиғат пен техникада тотығу-тотықсыздану процестері адамға және табиғатқа да елеулі зиянын да тигізеді. Мысалы: адамдардың қартаюы, металдардың коррозиясы (жылына 30% шығынға ұшырайды), ормандардың жануы, отынды жағуда азоттың тотығуы.

 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін

 құру жөніндегі жалпы түсініктер

 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін құру үшін көптеген жағдайларды есте ұстаған жөн. Олардың ішінде:

 -тотықтырғыш және тотықсыздандырғыштардың беретін және қосып алатын электрондардың санын білу қажет.

 -тотықсыздандырғыштың беретін электрон саны мен тотықтырғыштың қосып алатын электрон саны бірдей болу керек.

 -тотығу-тотықсыздану реакция ортаға (қышқылдық, негіздік, бейтарап) байланысты реакция жүру бағытын, жылдамдығын өзгертетінін есте ұстау керек.

 Қышқылдық орта жасау үшін көбінесе сұйытылған күкірт қышқылын, ал негіздік орта үшін – калий немесе натрий гидроксиді пайдалынады.

Тотығу-тотықсыздану реакциясы кезінде оттек ионы О^2- пайда болса, онда ол қышқылдық ортада сутек ионымен реакцияласып, су молекуласын түзеді;

Тотығу-тотықсыздану реакцияларының аяқталғанын реакция нәтижесінде тұнба түзілуі, газ бөлінуі және ортаның түсінің өзгеруінен білуге болады:

2H₂S + SO₂ = 3S↓ + 2H₂O

2Na + 2HOH = 2NaOH + H₂↑

Na₂SO₃ + Br₂ + H₂O = Na₂SO₄ + 2HBr

ерітінді қоңыр түсті ерітінді түссіз

 Сонымен, тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін құрудың екі әдісі бар. Олар: электрондық баланс әдісі және иондық-электрондық әдіс.

 Электрондық баланс әдісі бойынша тотықтырғышқа өткен жалпы электрон сандарын анықтау арқылы теңдеуді теңестіреді.

 Иондық-электрондық әдіс бойынша тотығу және тотықсыздану процестерінің иондық теңдеулерін жеке-жеке жасап алып, содан кейін екі теңдеудің сол жағын сол жағына, оң жағын оң жағына қосу арқылы реакцияның жалпы иондық-электрондық теңдеуін құрастырамыз.

 Электрондық баланс әдісі бойынша теңдеу құрастыру мысалдарына төменгі реакцияларды мысалға келтіреміз:

• HNO₃ + H₂S → NO + H₂SO₄ + H₂O

8HNO₃ + 3H₂S = 8NO + 3H₂SO₄ + 4H₂O

• Zn + HCl → ZnCl₂ + H₂↑

Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

• Al + O₂ → Al₂O₃

4Al + 3O₂ = 2Al₂O₃

 4.Әр түрлі ортаның тотығу-тотықсыздану реакция жүру бағытына әсерін төменде көрсетілген реакциялар арқылы көрсетуге болады.

 Қышқылдық ортадан натрий сульфитінің тотығу процесі:

 Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

 Оң жақтағы қышқыл қалдықтарының саны бойынша қышқыл коэффициентін, ал содан кейін сол жақтағы сутектің саны бойынша оң жақтағы судың коэффициентін тауып, теңдеудің соңғы түрін жазамыз:

 5Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5Na₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

 Сілтілік ортада натрий сульфитінің калий перманганаты арқылы тотығуы төмендегідей жолмен жүреді:

 Na₂SO₃ + KMnO₄ + КОН = Na₂SO₄ + К₂MnO₄ + H₂O

 Оң жақтағы калий ионының санын теңестіру мақсатымен калий сілтісінің алдына екі коэффициентін қойсақ реакция теңдеуінің соңғы түрі шығады:

 Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2КОН = Na₂SO₄ + 2К₂MnO₄ + H₂O

  Нейтрал ортада да бұл реакция жүреді, тотықсыздандырғыш ролін күкірт, ал тотықтырғыш ролін марганец орындайды:

 Na₂SO₃ + KMnO₄ + Н₂О → Na₂SO₄ + MnO₂ + КOН

  3Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + Н₂О = 3Na₂SO₄ + 2MnO₂ + 2КOН