Шинэ нэгдэл үүсгэн нэг бодис нөгөө бодис болж хувирахыг химийн урвал гэнэ. Энэ үйл явцыг ойлгох нь хүмүүсийн амьдралд маш чухал ач холбогдолтой бөгөөд учир нь түүний тусламжтайгаар та байгальд бага хэмжээгээр байдаг эсвэл байгалийн хэлбэрээр огт байдаггүй асар их хэмжээний шаардлагатай, ашигтай бодисыг олж авах боломжтой. Хамгийн чухал сортуудын дунд исэлдэлтийн урвалууд (товчилсон OVR эсвэл redox) байдаг. Эдгээр нь атом эсвэл ионуудын исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлтөөр тодорхойлогддог.
Урвалын явцад гарч буй процессууд
Урвалын явцад исэлдүүлэх, ангижруулах гэсэн хоёр процесс явагдана. Тэдгээрийн эхнийх нь исэлдэлтийн төлөвийг нэмэгдүүлэх замаар бууруулагч бодисууд (донорууд) электрон хандивлах замаар, хоёр дахь нь исэлдүүлэгч бодисууд (хүлээн авагчид) -аар исэлдэлтийн төлөвийг бууруулсан электронуудыг нэмж өгдөг. Хамгийн түгээмэл бууруулагч бодисууд нь исэлдэлтийн хамгийн бага төлөвт (устөрөгчийн сульфид, аммиак) метал ба металл бус нэгдлүүд юм. ердийнисэлдүүлэгч бодисууд нь галоген, азот, хүчилтөрөгч, түүнчлэн хамгийн их исэлдэлтийн төлөвт (азотын эсвэл хүхрийн хүчил) элемент агуулсан бодисууд юм. Атом, ион, молекулууд электрон өгөх эсвэл авах боломжтой.
1777 оноос өмнө исэлдэлтийн үр дүнд флогистон хэмээх үл үзэгдэх шатамхай бодис алдагдсан гэж таамаглаж байсан. Гэсэн хэдий ч А. Лавуазьегийн бүтээсэн шаталтын онол нь хүчилтөрөгчтэй харилцан үйлчлэх үед исэлдэлт, устөрөгчийн нөлөөн дор бууралт үүсдэг гэж эрдэмтэд итгүүлсэн. Хэсэг хугацааны дараа л зөвхөн устөрөгч, хүчилтөрөгч төдийгүй исэлдэлтийн урвалд нөлөөлөх нь тодорхой болсон.
Исэлдүүлэх
Исэлдүүлэх процесс нь шингэн ба хийн фаз, түүнчлэн хатуу бодисын гадаргуу дээр тохиолдож болно. Анод дахь уусмал эсвэл хайлмал дахь электрохимийн исэлдэлт (цахилгаан тэжээлийн эх үүсвэрийн эерэг туйлтай холбогдсон электрод) онцгой үүрэг гүйцэтгэдэг. Жишээлбэл, фторыг электролизоор хайлуулах (бодисын электродууд дээр түүний бүрэлдэхүүн хэсгүүдэд задрах) үед хамгийн хүчтэй органик бус исэлдүүлэгч бодис болох фторыг олж авдаг.
Исэлдэлтийн өөр нэг сонгодог жишээ бол агаар дахь шаталт ба цэвэр хүчилтөрөгч юм. Төрөл бүрийн бодисууд энэ үйл явцыг гүйцэтгэх чадвартай: металл ба металл бус, органик ба органик бус нэгдлүүд. Практикт чухал ач холбогдолтой зүйл бол бага хэмжээний хүчилтөрөгч, хүхэр, азот болон бусад элементүүдтэй нүүрсустөрөгчийн нийлмэл хольц болох түлшний шаталт юм.
Сонгодог исэлдүүлэгч –хүчилтөрөгч
Атомууд электрон хавсардаг энгийн бодис буюу химийн нэгдлийг исэлдүүлэгч бодис гэнэ. Ийм бодисын сонгодог жишээ бол урвалын дараа исэл болж хувирдаг хүчилтөрөгч юм. Мөн исэлдүүлэгч бодис бол озон бөгөөд органик бодис (жишээлбэл, кетон ба альдегид), хэт исэл, гипохлорит, хлорат, азотын болон хүхрийн хүчил, манганы исэл, перманганат болгон бууруулж өгдөг. Эдгээр бүх бодисууд нь хүчилтөрөгч агуулдаг гэдгийг харахад хялбар байдаг.
Бусад нийтлэг исэлдүүлэгч
Гэсэн хэдий ч исэлдэх урвал нь зөвхөн хүчилтөрөгчтэй холбоотой процесс биш юм. Үүний оронд галоген, хром, тэр ч байтугай металлын катионууд болон устөрөгчийн ион (хэрэв энэ нь урвалын үр дүнд энгийн бодис болж хувирвал) исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг.
Хэр их электрон хүлээн авах нь исэлдүүлэгч бодисын концентраци, түүнчлэн түүнтэй харьцаж буй металлын идэвхээс ихээхэн хамаарна. Жишээлбэл, төвлөрсөн азотын хүчлийг металл (цайр) -тай урвалд оруулахад 3 электрон, мөн ижил бодисуудын харилцан үйлчлэлд хүчил нь маш шингэрсэн хэлбэрээр байвал аль хэдийн 8 электрон хүлээн авах боломжтой.
Хамгийн хүчтэй исэлдүүлэгчид
Бүх исэлдүүлэгч бодисууд нь шинж чанараараа ялгаатай байдаг. Тиймээс устөрөгчийн ион нь исэлдүүлэх чадвар багатай байдаг бол усан бүсэд үүссэн атомын хлор нь (1:3 харьцаатай азот ба давсны хүчлийн холимог) алт, цагаан алтыг хүртэл исэлдүүлж чаддаг.
Баяжуулсан селенийн хүчил ижил төстэй шинж чанартай. Энэ нь бусад органик хүчлүүдийн дунд өвөрмөц болгодог. Шингэрүүлсэн үед алттай харьцах чадваргүй боловч хүхрийн хүчлээс хүчтэй хэвээр байгаа бөгөөд давсны хүчил зэрэг бусад хүчлийг исэлдүүлэх чадвартай.
Хүчтэй исэлдүүлэгч бодисын өөр нэг жишээ бол калийн перманганат юм. Энэ нь органик нэгдлүүдтэй амжилттай харилцан үйлчилж, хүчтэй нүүрстөрөгчийн холбоог таслах чадвартай. Зэсийн исэл, цезийн озонид, цезийн супероксид, түүнчлэн ксенон дифторид, тетрафторид, ксенон гексафторид зэрэг нь өндөр идэвхжилтэй байдаг. Тэдний исэлдүүлэх чадвар нь шингэрүүлсэн усан уусмалд урвалд ороход электродын өндөр потенциалтай холбоотой юм.
Гэсэн хэдий ч энэ боломж бүр ч өндөр байдаг бодисууд байдаг. Органик бус молекулуудын дотроос фтор нь хамгийн хүчтэй исэлдүүлэгч бодис боловч нэмэлт дулаан, даралтгүйгээр инертийн хийн ксенон дээр ажиллах чадваргүй байдаг. Гэхдээ үүнийг цагаан алтны гексафторид, дифтордиоксид, криптон дифторид, мөнгөн дифторид, хоёр валенттай мөнгөний давс болон бусад бодисууд амжилттай даван туулж байна. Исэлдүүлэх урвалын өвөрмөц чадварын хувьд тэдгээрийг маш хүчтэй исэлдүүлэгч гэж ангилдаг.
Сэргээх
Уг нь "сэргээх" гэсэн нэр томъёо нь исэлдүүлэх, өөрөөр хэлбэл хүчилтөрөгчийн дутагдалтай ижил утгатай байв. Гэсэн хэдий ч цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ үг шинэ утгыг олж авсан бөгөөд энэ нь тэдгээрийг агуулсан нэгдлүүдээс метал гаргаж авах, түүнчлэн аливаа химийн хувирал гэсэн үг юм.бодисын электрон сөрөг хэсэг нь устөрөгч зэрэг эерэг цэнэгтэй элементээр солигдоно.
Үйл явцын нарийн төвөгтэй байдал нь нэгдэл дэх элементүүдийн химийн хамаарлаас ихээхэн хамаардаг. Энэ нь сул байх тусам хариу үйлдэл хийхэд хялбар байдаг. Ихэвчлэн эндотермик нэгдлүүдэд ойр дотно байдал нь сул байдаг (тэдгээрийг үүсгэх явцад дулааныг шингээдэг). Тэднийг сэргээх нь маш энгийн. Үүний тод жишээ бол тэсрэх бодис юм.
Эзотермик нэгдлүүд (дулаан ялгарснаар үүсдэг) урвалд орохын тулд цахилгаан гүйдэл гэх мэт хүчтэй энергийн эх үүсвэрийг ашиглах ёстой.
Стандарт бууруулагч бодис
Хамгийн эртний бөгөөд түгээмэл бууруулагч бодис бол нүүрс юм. Энэ нь хүдрийн ислүүдтэй холилдож, халах үед нүүрстөрөгчтэй нийлдэг хольцоос хүчилтөрөгч ялгардаг. Үр дүн нь нунтаг, мөхлөг эсвэл металл хайлш юм.
Өөр нэг нийтлэг бууруулагч бодис бол устөрөгч юм. Мөн металл олборлоход ашиглаж болно. Үүнийг хийхийн тулд оксидууд нь устөрөгчийн урсгал дамждаг хоолойд бөглөрдөг. Үндсэндээ энэ аргыг зэс, хар тугалга, цагаан тугалга, никель эсвэл кобальтад хэрэглэдэг. Та төмрөөр түрхэж болно, гэхдээ бууралт нь бүрэн бус, ус үүсдэг. Цайрын ислийг устөрөгчөөр эмчлэхэд ижил асуудал ажиглагддаг бөгөөд энэ нь металлын дэгдэмхий чанараас болж улам хүндэрдэг. Кали болон бусад зарим элементүүдийг устөрөгч огт багасгадаггүй.
Органик химийн урвалын онцлог
Явж байнабууруулах бөөм нь электронуудыг хүлээн авч, улмаар түүний атомуудын аль нэгнийх нь исэлдэлтийн тоог бууруулдаг. Гэсэн хэдий ч органик бус нэгдлүүдийн оролцоотойгоор исэлдэлтийн төлөвийг өөрчлөх замаар урвалын мөн чанарыг тодорхойлоход тохиромжтой байдаг бол органик химийн хувьд исэлдэлтийн тоог тооцоолоход хэцүү байдаг тул энэ нь ихэвчлэн бутархай утгатай байдаг.
Органик бодисуудтай холбоотой исэлдэлтийн урвалыг удирдахын тулд та дараах дүрмийг санах хэрэгтэй: нэгдэл нь хүчилтөрөгчийн атомыг өгч, устөрөгчийн атомыг олж авах үед бууралт үүсдэг ба эсрэгээр исэлдэлт нь хүчилтөрөгчийн нэмэлтээр тодорхойлогддог.
Бууруулах үйл явц нь органик химийн хувьд маш чухал практик ач холбогдолтой. Лабораторийн болон үйлдвэрлэлийн зориулалтаар, ялангуяа бодис, системийг нүүрсустөрөгч болон хүчилтөрөгчийн хольцоос цэвэрлэхэд ашигладаг каталитик устөрөгчийн үндэс нь тэр юм.
Урвал нь бага температур, даралт (цельсийн 100 хэм хүртэл, 1-4 атмосфер) болон өндөр температурт (400 градус ба хэдэн зуун атмосфер) хоёуланд нь явагдаж болно. Органик бодис үйлдвэрлэхэд тохиромжтой нөхцлийг бүрдүүлэхийн тулд нарийн төвөгтэй багаж хэрэгсэл шаардлагатай.
Идэвхтэй цагаан алтны бүлгийн металлууд эсвэл үнэт бус никель, зэс, молибден, кобальтыг катализатор болгон ашигладаг. Сүүлчийн сонголт нь илүү хэмнэлттэй байдаг. Сэргээх нь субстрат ба устөрөгчийг нэгэн зэрэг шингээж, тэдгээрийн хоорондох урвалыг хөнгөвчлөх замаар үүсдэг.
Багаруулах урвал явагданамөн хүний биеийн дотор. Зарим тохиолдолд тэдгээр нь ашигтай, бүр амин чухал байж болох ч зарим тохиолдолд ноцтой сөрөг үр дагаварт хүргэж болзошгүй юм. Жишээлбэл, бие дэх азот агуулсан нэгдлүүд нь анхдагч амин болж хувирдаг бөгөөд эдгээр нь бусад ашигтай функцүүдийн дунд эд эсийн барилгын материал болох уургийн бодисыг бүрдүүлдэг. Үүний зэрэгцээ анилинаар будагдсан хоол хүнс нь хортой нэгдлүүд үүсгэдэг.
Харилцааны төрлүүд
Ямар исэлдэх урвал явагддаг нь исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлт байгаа эсэхийг харвал тодорхой болно. Гэхдээ энэ төрлийн химийн хувиргалт дотор өөрчлөлтүүд байдаг.
Тиймээс хэрэв харилцан үйлчлэлд өөр өөр бодисын молекулууд оролцож, тэдгээрийн нэг нь исэлдүүлэгч атом, нөгөө нь ангижруулагч бодисыг агуулдаг бол урвалыг молекул хоорондын урвал гэж үзнэ. Энэ тохиолдолд исэлдэлтийн урвалын тэгшитгэл нь дараах байдалтай байж болно:
Fe + 2HCl=FeCl2 + H2.
Тэгшитгэлээс харахад төмөр ба устөрөгчийн исэлдэлтийн төлөв нь өөр өөр бодисын нэг хэсэг болохын зэрэгцээ өөрчлөгддөг.
Гэхдээ химийн нэгдлүүдийн нэг атом исэлдэж, нөгөө атом нь багасаж, шинэ бодисыг олж авдаг молекулын исэлдэлтийн урвалууд бас байдаг:
2H2O=2H2 + O2.
Нэг элемент нь электрон донор, хүлээн авагчийн үүргийг гүйцэтгэж, өөр өөр исэлдэлтийн төлөвт орсон хэд хэдэн шинэ нэгдлүүдийг үүсгэх үед илүү төвөгтэй процесс явагдана. Ийм процессыг нэрлэдэгдисмутаци буюу пропорциональ бус байдал. Үүний жишээ бол дараах хувиргалт юм:
4KClO3=KCl + 3KClO4.
Дээрх исэлдэлтийн урвалын тэгшитгэлээс харахад хлор нь +5 исэлдэлтийн төлөвт байгаа Бертолет давс нь хлорын исэлдэлтийн төлөвтэй калийн хлорид -1 ба хоёр бүрэлдэхүүн хэсэг болж задардаг болохыг харж болно. +7 исэлдэлтийн тоотой перхлорат. Ижил элемент нь исэлдэлтийн төлөвөө нэгэн зэрэг нэмэгдүүлж, бууруулсан нь харагдаж байна.
Димутацийн үйл явцын урвуу тал нь пропорциональ буюу репропорцын урвал юм. Үүнд өөр өөр исэлдэлтийн төлөвт ижил элемент агуулсан хоёр нэгдлүүд хоорондоо урвалд орж нэг исэлдэлтийн дугаартай шинэ бодис үүсгэдэг:
SO2 +2Н2S=3S + 2Ц2O.
Дээрх жишээнүүдээс харахад зарим тэгшитгэлд бодис нь тоонуудын өмнө бичигдсэн байдаг. Эдгээр нь үйл явцад оролцож буй молекулуудын тоог харуулдаг бөгөөд исэлдэлтийн урвалын стехиометрийн коэффициент гэж нэрлэдэг. Тэгшитгэл зөв байхын тулд та тэдгээрийг хэрхэн цэгцлэхээ мэдэх хэрэгтэй.
Цахим тэнцлийн арга
Усан исэх урвалын тэнцвэр үргэлж хадгалагдана. Энэ нь исэлдүүлэгч бодис нь ангижруулагчийн өгсөн тооны электроныг хүлээн авдаг гэсэн үг юм. Редокс урвалын тэгшитгэлийг зөв зохиохын тулд та дараах алгоритмыг дагах хэрэгтэй:
- Элементүүдийн урвалын өмнөх болон дараах исэлдэлтийн төлөвийг тодорхойлно. Жишээлбэл, inУстай байх үед азотын хүчил ба фосфорын хоорондох урвал нь фосфорын хүчил ба азотын ислийг үүсгэдэг: HNO3 + P + H2O=H3PO4 + ҮГҮЙ. Бүх нэгдлүүдийн устөрөгчийн исэлдэлтийн түвшин +1, хүчилтөрөгч -2 байна. Азотын хувьд урвал эхлэхээс өмнө исэлдэлтийн тоо +5, явсны дараа +2, фосфорын хувьд 0 ба +5 байна.
- Исэлдэлтийн тоо өөрчлөгдсөн элементүүдийг тэмдэглэнэ үү (азот, фосфор).
- Цахим тэгшитгэл зохиох: N+5 + 3e=N+2; R0 - 5e=R+5.
- Хүлээн авсан электронуудын тоог хамгийн бага нийтлэг үржвэрийг сонгож, үржүүлэгчийг тооцоолох замаар тэнцүүлээрэй (3 ба 5 тоо нь 15 тоонд хуваагч, азотын үржүүлэгч нь 5, фосфорын хувьд 3): 5N +5 + (3 x 5)e=5N+2; 3P0 - 15e=3P+5.
- Үүссэн хагас урвалыг зүүн ба баруун хэсгүүдийн дагуу нэмнэ: 5N+5 + 3P0=5N + 2 - 15 дахь=3Р+5. Хэрэв энэ үе шатанд бүх зүйл зөв хийгдсэн бол электронууд багасах болно.
- Учирсан исэлдэх урвалын электрон балансын дагуу коэффициентүүдийг буулгаж тэгшитгэлийг бүрэн дахин бичнэ үү: 5HNO3 + 3P + H2 O=3H 3PO4 + 5NO.
- Урвалын өмнөх болон дараах элементүүдийн тоо хаа сайгүй ижил хэвээр байгаа эсэхийг шалгаж, шаардлагатай бол бусад бодисын өмнө коэффициентийг нэмнэ (энэ жишээнд устөрөгч ба хүчилтөрөгчийн хэмжээ тэнцүү биш байна. урвалын тэгшитгэл зөв харагдахын тулд та өмнө нь коэффициент нэмэх хэрэгтэйус): 5HNO3 + 3P + 2H2O=3H3PO 4 + 5NO.
Ийм энгийн арга нь коэффициентүүдийг зөв байрлуулж, төөрөгдөлд орохгүй байх боломжийг олгоно.
Харилцааны жишээ
Учирсан исэлдэлтийн урвалын тод жишээ бол манганы төвлөрсөн хүхрийн хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх явдал бөгөөд дараах байдлаар явагдана:
Mn + 2H2SO4=MnSO4 + SO 2 + 2 H2O.
Усан исэлдүүлэх урвал нь манган ба хүхрийн исэлдэлтийн төлөвийн өөрчлөлтөөр явагдана. Процесс эхлэхээс өмнө манган нь холбоогүй төлөвт байсан бөгөөд исэлдэлтийн тэг төлөвтэй байсан. Гэвч хүчлийн нэг хэсэг болох хүхэртэй харьцахдаа исэлдэлтийн төлөвийг +2 хүртэл нэмэгдүүлж, электрон донорын үүрэг гүйцэтгэв. Хүхэр нь эсрэгээрээ хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэж, исэлдэлтийн төлөвийг +6-аас +4 хүртэл бууруулсан.
Гэсэн хэдий ч манганы электрон хүлээн авагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг урвалууд бас байдаг. Жишээлбэл, энэ нь түүний оксидын давсны хүчилтэй харилцан үйлчлэлцэх урвалын дагуу явагддаг:
MnO2+4HCl=MnCl2+Cl2+2 H2O.
Энэ тохиолдолд исэлдэх урвал нь манганы исэлдэлтийн түвшин +4-өөс +2 хүртэл буурч, хлорын исэлдэлтийн төлөв -1-ээс 0 хүртэл нэмэгддэг.
Өмнө нь хүхрийн ислийг азотын исэлтэй усаар исэлдүүлэн 75%-ийн хүхрийн хүчил үүсгэдэг нь практикийн чухал ач холбогдолтой байсан:
SO2 + NO2 + H2O=ҮГҮЙ + H2So4.
Усан исэлдүүлэх урвал нь тусгай цамхагт явагддаг байсан бөгөөд эцсийн бүтээгдэхүүнийг цамхаг гэж нэрлэдэг. Одоо энэ арга нь хүчил үйлдвэрлэх цорын ганц аргаас хол байна, учир нь бусад орчин үеийн аргууд байдаг, жишээлбэл, хатуу катализатор ашиглан холбоо барих. Гэвч 1952 оны 12-р сард Лондонгийн агаарт яг ийм үйл явц аяндаа болсон тул исэлдэлтийн урвалын аргаар хүчил олж авах нь зөвхөн үйлдвэрлэлийн төдийгүй түүхэн ач холбогдолтой юм.
Антициклон ер бусын хүйтэн цаг агаарыг авчирч, хотын иргэд гэр орноо халаахын тулд их хэмжээний нүүрс хэрэглэж эхлэв. Дайны дараа энэ нөөц чанар муутай байсан тул агаарт их хэмжээний хүхрийн давхар исэл төвлөрч, агаар мандалд чийг, азотын исэлтэй урвалд орсон. Энэ үзэгдлийн үр дүнд нярай, өндөр настан, амьсгалын замын өвчнөөр шаналж буй хүмүүсийн эндэгдэл нэмэгджээ. Энэ үйл явдлыг Их утаа гэж нэрлэсэн.
Тиймээс исэлдэлтийн урвал нь практик ач холбогдолтой. Тэдний механизмыг ойлгох нь байгалийн үйл явцыг илүү сайн ойлгож, лабораторид шинэ бодис олж авах боломжийг олгоно.
