10. Тотығу-тотықсыздану

“Элементтердің атомдарының тотығу дәрежесі өзгере отырып жүретін реакциялар тотығу-тотықсыздану реакциялары деп аталады”.

Тотығу дәрежесі дегеніміз электр терістігі кіші атомнан электр терістігі үлкен атомға ауысатын электрондар саны.

Элементтердің периодтық ж‰йесҢндегҢ топтың нөмірі элементтің жоғарғы тотығу дәрежесін көрсетеді.

Тотығу-тотықсыздану процестері өте кең тараған. Кеннен металл алу, жану, дем алу процестері, фотосинтез, электр химиялық процестер – тотығу-тотықсыздану процестері болып табылады.

Қүрамында жоғарғы тотығу дәрежесінде тұрған элементі бар заттар - тотықтырғыштар. Олар электрон қосып алады, ҰздерҢ тотысызданады. Электрон қосып алу процесі – тотықсыздану. Маңызды тотықтырғыштар: КMnO₄, K₂Cr₂O₇, CrO₃, K₂CrO₄, MnO₂ , Pb₃O₄, PbO₂, Na₂O₂, H₂O₂ (сілтілік ортада), Na₂S₂O₈, O₂, O₃, NaClO (сулы ерітіндіде), KClO₃ (балқымада), концентрленген H₂SO₄, HNO₃, (HNO₃ + HСl), Au³⁺, Ag⁺, Hg²⁺, Co³⁺ электр тогы (анодтағы) т.б.

Қүрамында ең төмен тотығу дәрежесінде тұрған элементі бар заттар – тотықсыздандырғыштар. Олар электрон беретін бөлшектер, ҰздерҢ тотыƒады. Электрон беру процесі – тотыƒу.

Маңызды тотықсыздандырғыштар: металдар, сутегі, С (кокс), СО, NH₃, N₂H₄, H₂S, сульфидтер, КІ, Na₂S₂O₃, SnCl₂, Cr²⁺, Fe²⁺, Tі³⁺, альдегидтер, электр тогы (катодтағы). Кейбір заттарда тотығу дәрежесі орта аралық болады, олар әрі тотықтырғыштар, әрі тотықсыздандырғыштар: HNO₂, H₂SO₃.

10.1 Тотығу-тотықсыздану реакцияларының типтері

Молекулалар арасындағы реакциялар

Әр түрлі екі зат әрекеттескенде екеуінің де тотығу дәрежесі өзгереді. Мысалы:

_{-1 +7 0 +4}

6KІ + 2KMnO₄ + 4H₂O = 3І₂ + 2MnO₂ + 8KOH

2. Молекулалардың ішіндегі тотығу-тотықсыздану процесі.

Бір заттың ішінде әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болады: _{+5 -1 0}

2KClO₃ = 2КСl + 3O₂

_{-3 0}

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

2N^-3 - 6e = N₂⁰

2Cr⁺⁶ + 6e = 2Cr³⁺

Диспропорциялану реакциясы

Заттағы бір элементтің атомдары әрі тотықтырғыш, әрі тотықсыздандырғыш болады:

_{0 -1 +1}

Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O

Кейбір реакцияларда бір зат әрі тотықтырғыш (немесе тотықсыздандырғыш), әрі тұз түзілуге қатысады:

3Ғе(NO₃)₂ + 4HNO₃ = 3Fe(NO₃)₃ + NO + 2 H₂O

Кейбір реакцияларда тотығу дәрежесін өзгертетін элементтің саны екіден артық

2As₂S₃ + 28HNO₃ = 6H₃AsO₄ + 3H₂SO₄ + 28NO

2As⁺³ -4e = 2As⁵⁺

3S^-2 -24e = 3S⁶⁺ 3

N⁵⁺ +3e = N²⁺ 28

10.2 Тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестіру әдістері

Электронды баланс әдісі

Реакцияға түсетін және реакция нәтижесінде бөлінетін заттардағы элементтердің тотығу дәрежесін анықтап, ауысқан электрондар санын табу керек.

Al + O₂ ( Al₂О₃

Al⁰ -3e = Al³⁺ - тотығу

O₂⁰ + 4e = 2O^2- - тотықсыздану

Алынған электрон мен берілген электрондар сандарын теңестіріп, тиісті элементтің алдына жазамыз.

4Al + 3O₂ ( 2Al₂О₃

Электронды баланс әдісінің кемшілігі: сулы ерітіндіде болатын иондардың табиғаты мен ортаның әсерін ескермейді.

Ионды-электронды әдіс

Тотығу-тотықсыздану процесі үшін бөлек иондық реакциялар жазылады. Процеске ортаның әсері бар екені ескеріледі:

NaNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ = NaNO₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Реакцияның иондық күйін жазамыз:

Na⁺+NO₂^- + K⁺ + MnO₄^- + 2H⁺+SO₄^2- =

Na⁺ + NO₃^- + Mn²⁺+ SO₄^2- +2K⁺ +SO₄^2- + H₂O

Егер екі жақта бірдей иондар болса, оларды жазбауƒа болады:

NO₂^- +MnO₄^- + 2H⁺ = NO₃^- + Mn²⁺+ H₂O

Тотығу процесі мен тотықсыздану процесін жеке-жеке бөліп жазамыз:

тотығу: NO₂^- + H₂O = NO₃^- + 2H⁺

тотықсыздану: MnO₄^- + 8H⁺ = Mn²⁺+ 4 H₂O

Электрондар саны арқылы зарядтарын теңестіреміз:

NO₂^- + H₂O -2е = NO₃^- + 2H⁺ 5

MnO₄^- + 8H⁺ +5е = Mn²⁺+ 4 H₂O 2

Тотығу-тотықсыздану процестерін қосып жазамыз:

5NO₂^- +5H₂O+2MnO₄^- +16H⁺ =5NO₃^- +10H⁺ +2Mn²⁺+ 8H₂O

Ұқсас иондар мен молекулаларды теœдеудҢœ бҢр жаƒына шыƒарамыз:

5NO₂^- +2MnO₄^- +6H⁺ =5NO₃^- +2Mn²⁺+ 3H₂O

алынған коэффициенттерді молекулалық теңдеуге қоямыз:

5NaNO₂ +2KMnO₄ +3H₂SO₄ =5NaNO₃ +2Mn SO₄+ 3H₂O

Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы эквиваленттік масса

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш өздерінің эквиваленттік массасына сәйкес әрекеттеседі. Тотықтырғыштың эквиваленттік массасы былай анықталады.

М_{тотықтырғыш}

М(Э_{тотықтырғыш}) =

n

n – реакцияда берҢлетҢн немесе абылданатын электрондар саны.

158

Мысалы: М(ЭKMnO₄) = = 31.6 г/моль

5

М_{тотықсыздандырғыш}

М(Э_{тотықсыздандырғыш}) =

n

69

Мысалы: М(ЭNaNO₂) = = 34,5 г/моль

2

Тотығу-тотықсыздану процесіне ортаның әсері

1. Қышқылдық ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден +2-ге дейін өзгереді

2KMnO₄+5Na₂SO₃+3H₂SO₄=2Mn SO₄+ 5Na₂SO₄ +K₂SO₄ +3H₂O

(бұрын теңестірілген)

2. Сілтілі ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден + 6- ге дейін өзгереді:

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

2 MnO₄^- + e = MnO₄^2-

1 SO₃ ^2- +2ОН^- -2e ( SO₄^2-+H₂O

2MnO₄^-+SO₃^2-+2ОН^- =2MnO₄^2-+ SO₄^2- +H₂O

2. Нейтрал ортада марганецтің тотығу дәрежесі +7 -ден +4-ке

дейін өзгереді

2KMnO₄+3Na₂SO₃+ H₂O = 2MnO₂+3Na₂SO₄ +2KOH

SO₃ ^2- +2ОН^- -2e ( SO₄^2-+H₂O

MnO₄^- + 2H₂O +3e = MnO₂ + 4OH^-