ปฏิกิริยาโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของอะตอม ปฏิกิริยาที่ไม่มีและมีการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน III. ประเภทของปฏิกิริยาเคมีตามทิศทาง

ปฏิกิริยาเคมีเป็นกระบวนการที่สารตั้งต้นถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา สารที่ได้รับหลังจากปฏิกิริยาเสร็จสิ้นเรียกว่าผลิตภัณฑ์ อาจแตกต่างจากของเดิมในด้านโครงสร้าง องค์ประกอบ หรือทั้งสองอย่าง

ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ ประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น: ปฏิกิริยาเคมี:

• ด้วยการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ (ส่วนใหญ่)
• โดยไม่ต้องเปลี่ยนองค์ประกอบ (ไอโซเมอไรเซชันและการแปลงของการดัดแปลง allotropic หนึ่งไปเป็นอีกอันหนึ่ง)

หากองค์ประกอบของสารไม่เปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา โครงสร้างของสารก็จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลง เช่น: Cgraphite↔Salmaz

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับการจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบ

I. ตามจำนวนและองค์ประกอบของสาร

ปฏิกิริยาผสม

เป็นผลจากเหตุดังกล่าว กระบวนการทางเคมีจากสารหลายชนิดเกิดขึ้น: A + B + ... = C

สามารถเชื่อมต่อ:

• สารอย่างง่าย: 2Na + S = Na2S;
• ง่ายแต่ซับซ้อน: 2SO2 + O2 = 2SO3;
• สารเชิงซ้อนสองตัว: CaO + H2O = Ca(OH)2
• สารมากกว่าสองชนิด: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe(OH)3

ปฏิกิริยาการสลายตัว

สารหนึ่งในปฏิกิริยาดังกล่าวจะสลายตัวเป็นสารอื่นๆ หลายชนิด: A=B+C+...

ผลิตภัณฑ์ในกรณีนี้อาจเป็น:

• สารอย่างง่าย: 2NaCl = 2Na + Cl2
• ง่ายและซับซ้อน: 2KNO3 = 2KNO2 + O2
• สองตัวที่ซับซ้อน: CaCO3 = CaO + CO2
• มากกว่าสองผลิตภัณฑ์: 2AgNO3 = 2Ag + O2 + 2NO2

ปฏิกิริยาการทดแทน

ปฏิกิริยาดังกล่าวซึ่งสารที่เรียบง่ายและซับซ้อนทำปฏิกิริยากันและอะตอมของสารอย่างง่ายแทนที่อะตอมขององค์ประกอบหนึ่งในองค์ประกอบเชิงซ้อนเรียกว่าปฏิกิริยาการทดแทน แผนผังกระบวนการทดแทนอะตอมสามารถแสดงได้ดังนี้: A + BC = B + AC

ตัวอย่างเช่น CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu

ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน

กลุ่มนี้รวมถึงปฏิกิริยาสองประการ สารที่ซับซ้อนเปลี่ยนชิ้นส่วน: AB + CD = AD + CB ตามกฎของแบร์ทอลเล็ต การเกิดปฏิกิริยาดังกล่าวอย่างถาวรจะเกิดขึ้นได้หากผลิตภัณฑ์อย่างน้อยหนึ่งรายการ:

• ตะกอน (สารที่ไม่ละลายน้ำ): 2NaOH + CuSO4 = Cu(OH)2 + Na2SO4;
• สารแยกตัวต่ำ: NaOH + HCl = NaCl + H2O;
• ก๊าซ: NaOH + NH4Cl = NaCl + NH3 + H2O (ขั้นแรกเกิดแอมโมเนียไฮเดรต NH3 H2O ซึ่งเมื่อได้รับจะสลายตัวเป็นแอมโมเนียและน้ำทันที)

ครั้งที่สอง โดยผลกระทบจากความร้อน

1. คายความร้อน — กระบวนการที่เกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยความร้อน:
   C + O2 = CO2 +Q
2. ดูดความร้อน - ปฏิกิริยาที่ความร้อนถูกดูดซับ:
   Cu(OH)2 = CuO + H2O – Q

III. ประเภทของปฏิกิริยาเคมีตามทิศทาง

1. กลับด้านได้เป็นปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นพร้อมกันทั้งทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ: N2+O2 ↔ 2NO
2. กลับไม่ได้ กระบวนการดำเนินไปจนเสร็จสิ้น นั่นคือจนกว่าสารที่ทำปฏิกิริยาอย่างน้อยหนึ่งตัวจะถูกใช้จนหมด ตัวอย่างของปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนที่ไม่สามารถย้อนกลับได้ได้ถูกกล่าวถึงข้างต้น

IV. ตามการมีอยู่ของตัวเร่งปฏิกิริยา

V. ตามสถานะการรวมตัวของสาร

1. ถ้าสารตั้งต้นทั้งหมดอยู่ในตัวเดียวกัน สถานะของการรวมตัวปฏิกิริยานี้เรียกว่า เป็นเนื้อเดียวกัน- กระบวนการดังกล่าวเกิดขึ้นตลอดทั้งเล่ม ตัวอย่างเช่น: NaOH + HCl = NaCl + H2O
2. ต่างกัน คือปฏิกิริยาระหว่างสารที่อยู่ในสถานะการรวมกลุ่มที่แตกต่างกันซึ่งเกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสาน ตัวอย่างเช่น: Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

วี. ประเภทของปฏิกิริยาเคมีขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของสารที่ทำปฏิกิริยา

1. รีดอกซ์ (ORR) - ปฏิกิริยาที่สถานะออกซิเดชันของสารที่ทำปฏิกิริยาเปลี่ยนไป
2. ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน รีเอเจนต์ (BISO)

กระบวนการเผาไหม้และการทดแทนจะเป็นปฏิกิริยารีดอกซ์เสมอ ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนเกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของสาร กระบวนการอื่นๆ ทั้งหมดสามารถเป็นได้ทั้ง OVR หรือ BISO

ไม่ใช่แนวคิดหลักประการหนึ่ง เคมีอินทรีย์เป็นแนวคิดของสถานะออกซิเดชัน (CO)

สถานะออกซิเดชันของธาตุในสารประกอบคือประจุอย่างเป็นทางการของอะตอมของธาตุ ซึ่งคำนวณจากสมมติฐานที่ว่าเวเลนซ์อิเล็กตรอนถูกถ่ายโอนไปยังอะตอมที่มีค่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้สัมพัทธ์สูงกว่า (REO) และพันธะทั้งหมดในโมเลกุลของสารประกอบนั้นเป็นไอออนิก

สถานะออกซิเดชันของธาตุ E จะแสดงที่ด้านบนของสัญลักษณ์ธาตุโดยมีเครื่องหมาย “+” หรือ “-” หน้าตัวเลข

ระดับการออกซิเดชันของไอออนที่มีอยู่ในสารละลายหรือคริสตัลเกิดขึ้นพร้อมกับหมายเลขประจุและระบุในทำนองเดียวกันกับเครื่องหมาย "+" หรือ " " หลังตัวเลขเช่น Ca 2+

วิธี Stock ยังใช้เพื่อระบุสถานะออกซิเดชันในเลขโรมันหลังสัญลักษณ์องค์ประกอบ: Mn (VII), Fe (III)

คำถามเกี่ยวกับสัญญาณของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลได้รับการแก้ไขโดยการเปรียบเทียบค่าอิเลคโตรเนกาติวิตีของอะตอมที่เชื่อมต่อถึงกันซึ่งก่อตัวเป็นโมเลกุล ในกรณีนี้ อะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก และอะตอมที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้สูงจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ

ควรสังเกตว่าสถานะออกซิเดชันไม่สามารถระบุได้ด้วยความจุขององค์ประกอบ วาเลนซ์ ซึ่งกำหนดเป็นตัวเลข พันธะเคมีซึ่งอะตอมที่กำหนดเชื่อมต่อกับอะตอมอื่นไม่สามารถเท่ากับศูนย์และไม่มีเครื่องหมาย "+" หรือ " " สถานะออกซิเดชันสามารถมีทั้งค่าบวกและลบ และยังสามารถมีค่าเป็นศูนย์หรือเศษส่วนได้อีกด้วย ดังนั้นในโมเลกุล CO 2 สถานะออกซิเดชันของ C คือ +4 และในโมเลกุล CH 4 สถานะออกซิเดชันของ C คือ 4 ความจุของคาร์บอนในสารประกอบทั้งสองคือ IV

แม้จะมีข้อเสียข้างต้น แต่การใช้แนวคิดของสถานะออกซิเดชันก็สะดวกเมื่อทำการจำแนกประเภท สารประกอบเคมีและเขียนสมการปฏิกิริยารีดอกซ์

ในปฏิกิริยารีดอกซ์ เกิดขึ้น 2 อย่าง กระบวนการที่เชื่อมต่อถึงกัน: ออกซิเดชันและการรีดักชัน

ออกซิเดชันเรียกว่ากระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอน การกู้คืนกระบวนการเพิ่มอิเล็กตรอน

เรียกว่าสารที่มีอะตอมหรือไอออนบริจาคอิเล็กตรอน ผู้ฟื้นฟูเรียกว่าสารที่อะตอมหรือไอออนเกาะกับอิเล็กตรอน (หรือถอนอิเล็กตรอนคู่ร่วม) สารออกซิไดซ์.

เมื่อองค์ประกอบถูกออกซิไดซ์ สถานะออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้น กล่าวคือ สารรีดิวซ์ระหว่างการทำปฏิกิริยาจะเพิ่มสถานะออกซิเดชัน

ในทางตรงกันข้าม เมื่อองค์ประกอบลดลง สถานะออกซิเดชันจะลดลง กล่าวคือ ในระหว่างปฏิกิริยา สารออกซิไดซ์จะลดสถานะออกซิเดชัน

ดังนั้นเราจึงสามารถให้สูตรปฏิกิริยารีดอกซ์ดังต่อไปนี้: ปฏิกิริยารีดอกซ์คือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารที่ทำปฏิกิริยา

สารออกซิไดซ์และสารรีดิวซ์

ในการทำนายผลิตภัณฑ์และทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์ ควรจำไว้ว่าสารออกซิไดซ์ทั่วไปคือสารธรรมดาที่อะตอมมี RER ขนาดใหญ่ > 3.0 (องค์ประกอบของหมู่ VIA และ VIIA) ในจำนวนนี้ สารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุดคือฟลูออรีน (OEO = 4.0), ออกซิเจน (OEO = 3.0) และคลอรีน (OEO = 3.5) สารออกซิไดซ์ที่สำคัญ ได้แก่ PbO 2, KMnO 4, Ca(SO 4) 2, K 2 Cr 2 O 7 , HClO, HClO 3, KSIO 4, NaBiO 3, H 2 SO4 (conc), HNO 3 (conc), Na 2 O 2, (NH 4) 2 S 2 O 8, KSIO 3, H 2 O 2 และสารอื่นๆ ซึ่งมีอะตอมที่มี CO สูงหรือสูงกว่า

สารรีดิวซ์ทั่วไปได้แก่ สารธรรมดาที่มีอะตอมมี REO เล็กน้อย< 1,5 (металлы IA и IIAгрупп и некоторые другие металлы). К важным восстановителям относятся H 2 S, NH 3 , HI, KI, SnCl 2 , FeSO 4 , C, H 2 , CO, H 2 SO 3 , Cr 2 (SO 4) 3 , CuCl, Na 2 S 2 O 3 и другие вещества, которые содержат атомы с низкими СО.

เมื่อเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ สามารถใช้สองวิธีได้: วิธีสมดุลอิเล็กตรอน และวิธีอิออนอิเล็กทรอนิกส์ (วิธีครึ่งปฏิกิริยา) แนวคิดที่ถูกต้องมากขึ้นเกี่ยวกับกระบวนการรีดอกซ์ในสารละลายนั้นมาจากวิธีไอออนอิเล็กทรอนิกส์ เมื่อใช้วิธีนี้ ไอออนและโมเลกุลจะทำนายการเปลี่ยนแปลงที่มีอยู่จริงในสารละลายได้

นอกจากการทำนายผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาแล้ว สมการครึ่งปฏิกิริยาไอออนิกยังจำเป็นสำหรับการทำความเข้าใจกระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นระหว่างอิเล็กโทรไลซิสและใน เซลล์กัลวานิก- วิธีการนี้สะท้อนถึงบทบาทของสภาพแวดล้อมในฐานะผู้เข้าร่วมในกระบวนการ และในที่สุดเมื่อใช้วิธีนี้ก็ไม่จำเป็นต้องรู้ล่วงหน้าถึงสารทั้งหมดที่เกิดขึ้นเนื่องจากสารหลายชนิดได้มาจากการสร้างสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์

โปรดทราบว่าแม้ว่าปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งจะสะท้อนถึงกระบวนการจริงที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์ แต่ก็ไม่สามารถระบุได้ด้วยขั้นตอนที่แท้จริง (กลไก) ของปฏิกิริยารีดอกซ์

ธรรมชาติและทิศทางของปฏิกิริยารีดอกซ์ได้รับอิทธิพลจากปัจจัยหลายประการ ได้แก่ ธรรมชาติของสารตั้งต้น ปฏิกิริยาของตัวกลาง ความเข้มข้น อุณหภูมิ ตัวเร่งปฏิกิริยา

ความสำคัญทางชีวภาพของกระบวนการรีดอกซ์

กระบวนการที่สำคัญในสิ่งมีชีวิตของสัตว์คือปฏิกิริยาออกซิเดชันของเอนไซม์ของสารตั้งต้น: คาร์โบไฮเดรต ไขมัน กรดอะมิโน อันเป็นผลมาจากกระบวนการเหล่านี้สิ่งมีชีวิตได้รับ จำนวนมากพลังงาน. ประมาณ 90% ของความต้องการพลังงานทั้งหมดของผู้ชายที่เป็นผู้ใหญ่นั้นได้มาจากพลังงานที่ผลิตในเนื้อเยื่อจากปฏิกิริยาออกซิเดชันของคาร์โบไฮเดรตและไขมัน พลังงานที่เหลือ ~10% มาจาก ความแตกแยกออกซิเดชันกรดอะมิโน

ออกซิเดชันทางชีวภาพเกิดขึ้นผ่านกลไกที่ซับซ้อนโดยมีส่วนร่วม จำนวนมากเอนไซม์ ในไมโตคอนเดรีย การเกิดออกซิเดชันเกิดขึ้นจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารตั้งต้นอินทรีย์ ในฐานะพาหะของอิเล็กตรอน ห่วงโซ่การหายใจของไมโตคอนเดรียประกอบด้วยโปรตีนหลายชนิดที่มีกลุ่มฟังก์ชันต่างๆ ที่ออกแบบมาเพื่อถ่ายโอนอิเล็กตรอน ขณะที่พวกมันเคลื่อนที่ไปตามสายโซ่จากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่ง อิเล็กตรอนจะสูญเสียพลังงานอิสระ สำหรับอิเล็กตรอนทุกคู่ที่ถ่ายโอนผ่านห่วงโซ่การหายใจไปยังออกซิเจน จะมีการสร้างโมเลกุล ATP 3 โมเลกุล พลังงานอิสระที่ปล่อยออกมาเมื่ออิเล็กตรอน 2 ตัวถูกถ่ายโอนไปยังออกซิเจนคือ 220 kJ/mol

การสังเคราะห์ ATP 1 โมเลกุลภายใต้สภาวะมาตรฐานต้องใช้ 30.5 กิโลจูล เป็นที่ชัดเจนจากสิ่งนี้ว่าส่วนสำคัญพอสมควรของพลังงานอิสระที่ปล่อยออกมาระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งคู่จะถูกเก็บไว้ โมเลกุลเอทีพี- จากข้อมูลเหล่านี้ บทบาทของการถ่ายโอนอิเล็กตรอนแบบหลายขั้นตอนจากตัวรีดิวซ์เริ่มต้นไปยังออกซิเจนจะมีความชัดเจน พลังงานขนาดใหญ่ (220 กิโลจูล) ที่ปล่อยออกมาระหว่างการถ่ายโอนอิเล็กตรอนหนึ่งคู่ไปยังออกซิเจนจะถูกแบ่งออกเป็นหลายส่วนที่สอดคล้องกับแต่ละขั้นตอนของการเกิดออกซิเดชัน ในขั้นตอนดังกล่าวสามขั้นตอน ปริมาณพลังงานที่ปล่อยออกมาโดยประมาณจะสอดคล้องกับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์ ATP 1 โมเลกุล

ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นสารที่ทำปฏิกิริยา ปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกเป็นสองประเภท

1) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันของอะตอม

ตัวอย่างเช่น:

2+4-2 ที +2 -2 +4 -2
CaCO 3 = CaO + CO 2

ในปฏิกิริยานี้ สถานะออกซิเดชันของแต่ละอะตอมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

2) ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม

ตัวอย่างเช่น:

0 +2 -1 0 +2 -1
สังกะสี + CuCl 2 = Cu + ZnCl 2

ในปฏิกิริยานี้ สถานะออกซิเดชันของอะตอมสังกะสีและทองแดงเปลี่ยนไป

ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาเคมีที่พบบ่อยที่สุด

ในทางปฏิบัติ ปฏิกิริยารีดอกซ์คือการได้รับหรือการสูญเสียอิเล็กตรอน อะตอมบางชนิด (ไอออน โมเลกุล) ให้หรือรับอิเล็กตรอนจากอะตอมอื่น

ออกซิเดชัน.

กระบวนการปล่อยอิเล็กตรอนโดยอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลเรียกว่า ออกซิเดชัน.

เมื่อสูญเสียอิเล็กตรอน สถานะออกซิเดชันของอะตอมจะเพิ่มขึ้น

เรียกว่าสารที่มีอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลให้อิเล็กตรอน สารรีดิวซ์.

ในตัวอย่างของเรา อะตอมในสถานะออกซิเดชัน 0 เข้าไปในอะตอมที่มีสถานะออกซิเดชัน +2 นั่นคือเกิดกระบวนการออกซิเดชั่น ในกรณีนี้อะตอมของสังกะสีซึ่งบริจาคอิเล็กตรอนสองตัวเป็นตัวรีดิวซ์ (เพิ่มสถานะออกซิเดชันจาก 0 เป็น +2)

กระบวนการออกซิเดชันจะถูกบันทึกโดยสมการอิเล็กทรอนิกส์ ซึ่งระบุถึงการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนที่บริจาคโดยตัวรีดิวซ์

ตัวอย่างเช่น:

0 +2 0
Zn – 2e – = Zn (ออกซิเดชัน, Zn – ตัวรีดิวซ์)

การกู้คืน.

กระบวนการเพิ่มอิเล็กตรอนเรียกว่า การบูรณะ.

เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอน สถานะออกซิเดชันของอะตอมจะลดลง

เรียกว่าสารที่มีอะตอม ไอออน หรือโมเลกุลได้รับอิเล็กตรอน ตัวออกซิไดซ์.

ในตัวอย่างของเรา การเปลี่ยนอะตอมของทองแดงที่มีสถานะออกซิเดชัน +2 ไปเป็นอะตอมที่มีสถานะออกซิเดชัน 0 เป็นกระบวนการรีดักชัน ในกรณีนี้ อะตอมทองแดงที่มีสถานะออกซิเดชันที่ +2 รับอิเล็กตรอนสองตัว จะลดสถานะออกซิเดชันจาก +2 เป็น 0 และเป็นสารออกซิไดซ์

กระบวนการออกซิเดชันยังเขียนโดยใช้สมการทางอิเล็กทรอนิกส์ด้วย:

2 0 0
Cu + 2e – = Cu (การลดลง Cu เป็นตัวออกซิไดซ์)

กระบวนการรีดักชันและกระบวนการออกซิเดชันแยกจากกันไม่ได้และเกิดขึ้นพร้อมกัน

0 +2 0 +2
สังกะสี + CuCl 2 = Cu + ZnCl 2
สารรีดิวซ์ สารออกซิไดซ์
ออกซิไดซ์ลดลง

ปฏิกิริยาเคมีมีสองประเภท:

กปฏิกิริยาที่สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบไม่เปลี่ยนแปลง:

ปฏิกิริยาการเติม

ดังนั้น 2 + นา 2 O = นา 2 ดังนั้น 3

ปฏิกิริยาการสลายตัว

Cu(OH) 2 = CuO + H 2 O

ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน

AgNO 3 + KCl = AgCl + KNO 3

NaOH + HNO 3 = NaNO 3 + H 2 O

บีปฏิกิริยาที่มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารประกอบที่ทำปฏิกิริยาและการถ่ายโอนอิเล็กตรอนจากสารประกอบหนึ่งไปยังอีกสารประกอบหนึ่ง:

2มก. 0 + โอ 2 0 = 2มก. +2 โอ -2

2KI -1 + Cl 2 0 = 2KCl -1 + ฉัน 2 0

Mn +4 O 2 + 4HCl -1 = Mn +2 Cl 2 + Cl 2 0 + 2H 2 O

ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์

สถานะออกซิเดชันคือประจุระบุของอะตอมในโมเลกุล ซึ่งคำนวณภายใต้สมมติฐานว่าโมเลกุลประกอบด้วยไอออน และโดยทั่วไปมีความเป็นกลางทางไฟฟ้า

ธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้มากที่สุดในสารประกอบจะมีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ และอะตอมของธาตุที่มีอิเล็กโตรเนกาติวิตีน้อยกว่าจะมีสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวก

สถานะออกซิเดชันเป็นแนวคิดที่เป็นทางการ ในบางกรณี สถานะออกซิเดชันไม่ตรงกับวาเลนซี

ตัวอย่างเช่น:

N 2 H 4 (ไฮดราซีน)

ระดับออกซิเดชันของไนโตรเจน – -2; ความจุไนโตรเจน – 3.

การคำนวณสถานะออกซิเดชัน

ในการคำนวณสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ ควรคำนึงถึงข้อกำหนดต่อไปนี้:

1. สถานะออกซิเดชันของอะตอมใน สารง่ายๆมีค่าเท่ากับศูนย์ (Na 0; H 2 0)

2. ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมทั้งหมดที่ประกอบเป็นโมเลกุลจะเป็นศูนย์เสมอ และในไอออนเชิงซ้อน ผลรวมนี้จะเท่ากับประจุของไอออน

3. อะตอมต่อไปนี้มีสถานะออกซิเดชันคงที่ในสารประกอบที่มีอะตอมของธาตุอื่น: โลหะอัลคาไล(+1), โลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ (+2), ฟลูออรีน

(-1), ไฮโดรเจน (+1) (ยกเว้นโลหะไฮไดรด์ Na + H -, Ca 2+ H 2 - และอื่น ๆ โดยที่สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ -1), ออกซิเจน (-2) (ยกเว้น F 2 - 1 O + 2 และเปอร์ออกไซด์ที่มีหมู่ –O–O– ซึ่งสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -1)

4. สำหรับองค์ประกอบ สถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกต้องไม่เกินค่าเท่ากับหมายเลขกลุ่มของระบบคาบ

ตัวอย่าง:

วี 2 +5 โอ 5 -2; นา 2 +1 บี 4 +3 O 7 -2; K +1 Cl +7 O 4 -2 ; ยังไม่มีข้อความ -3 ชั่วโมง 3 +1 ; K 2 +1 H +1 P +5 O 4 -2 ; นา 2 +1 Cr 2 +6 O 7 -2

ออกซิเดชันการรีดิวซ์

ในปฏิกิริยารีดอกซ์ อิเล็กตรอนจะถูกถ่ายโอนจากอะตอม โมเลกุล หรือไอออนหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง กระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอนคือการออกซิเดชัน ในระหว่างการออกซิเดชัน สถานะออกซิเดชันจะเพิ่มขึ้น:

H 2 0 - 2ē = 2H + + 1/2О 2

S -2 - 2ē = ส 0

อัล 0 - 3ē = อัล +3

เฟ +2 - ē = เฟ +3

2ห้องนอน - - 2ē = ห้องนอน 2 0

กระบวนการเพิ่มอิเล็กตรอนคือการรีดิวซ์: ในระหว่างการรีดักชัน สถานะออกซิเดชันจะลดลง

Mn +4 + 2ē = Mn +2

S 0 + 2ē = S -2

Cr +6 +3ē = Cr +3

Cl 2 0 +2ē = 2Cl -

O 2 0 + 4ē = 2O -2

อะตอม โมเลกุลหรือไอออนที่ได้รับอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาที่กำหนดคือตัวออกซิไดซ์ และตัวที่ให้อิเล็กตรอนคือตัวรีดิวซ์

ตัวออกซิไดซ์จะลดลงในระหว่างการทำปฏิกิริยา ตัวรีดิวซ์จะถูกออกซิไดซ์

คุณสมบัติรีดอกซ์ของสารและสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่เป็นส่วนประกอบ

สารประกอบที่มีอะตอมของธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันสูงสุดสามารถเป็นตัวออกซิไดซ์ได้เนื่องจากอะตอมเหล่านี้เท่านั้นเพราะ พวกเขาได้ทิ้งเวเลนซ์อิเล็กตรอนไปหมดแล้วและสามารถรับได้เฉพาะอิเล็กตรอนเท่านั้น สถานะออกซิเดชันสูงสุดของอะตอมของธาตุจะเท่ากับจำนวนหมู่ในตารางธาตุที่ธาตุนั้นอยู่ สารประกอบที่มีอะตอมของธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันขั้นต่ำสามารถทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ได้เท่านั้น เนื่องจากพวกมันสามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้เท่านั้น เนื่องจากภายนอก ระดับพลังงานในอะตอมดังกล่าวจะเสร็จสมบูรณ์ด้วยอิเล็กตรอนแปดตัว สถานะออกซิเดชันขั้นต่ำของอะตอมโลหะคือ 0 สำหรับอโลหะ - (n–8) (โดยที่ n คือจำนวนของกลุ่มใน ตารางธาตุ- สารประกอบที่มีอะตอมของธาตุที่มีสถานะออกซิเดชันระดับกลางสามารถเป็นได้ทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ขึ้นอยู่กับคู่ที่พวกมันทำปฏิกิริยากันและสภาวะของปฏิกิริยา

สารรีดิวซ์และออกซิไดซ์ที่สำคัญที่สุด

ผู้ฟื้นฟู

คาร์บอน(II) มอนอกไซด์ (CO)

ไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S);

ซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) (SO 2);

กรดซัลฟูรัส H 2 SO 3 และเกลือของมัน

กรดไฮโดรฮาลิกและเกลือของมัน

แคตไอออนของโลหะในสถานะออกซิเดชันต่ำ: SnCl 2, FeCl 2, MnSO 4, Cr 2 (SO4) 3

กรดไนตรัส HNO2;

แอมโมเนีย NH 3;

ไฮดราซีน NH 2 NH 2 ;

ไนตริกออกไซด์ (II) (NO)

แคโทดระหว่างกระแสไฟฟ้า

สารออกซิไดซ์

ฮาโลเจน

โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO 4);

โพแทสเซียมแมงกาเนต (K 2 MnO 4);

แมงกานีส (IV) ออกไซด์ (MnO 2)

โพแทสเซียมไดโครเมต (K 2 Cr 2 O 7);

โพแทสเซียมโครเมต (K 2 CrO 4)

กรดไนตริก(เอชเอ็นโอ 3).

กรดซัลฟูริก(เอช 2 เอส 4) เข้มข้น

คอปเปอร์ (II) ออกไซด์ (CuO);

ตะกั่ว (IV) ออกไซด์ (PbO 2);

ซิลเวอร์ออกไซด์ (Ag 2 O);

ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H 2 O 2)

เหล็ก (III) คลอไรด์ (FeCl 3)

เกลือของเบอร์ทอลเล็ต (KClO 3)

แอโนดระหว่างกระแสไฟฟ้า

บนพื้นฐานนี้ จะทำให้เกิดความแตกต่างระหว่างปฏิกิริยารีดอกซ์กับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมี

ซึ่งรวมถึงปฏิกิริยาหลายอย่าง รวมถึงปฏิกิริยาการแทนที่ทั้งหมด เช่นเดียวกับปฏิกิริยาของการรวมกันและการสลายตัวซึ่งมีสารอย่างง่ายอย่างน้อยหนึ่งชนิดที่เกี่ยวข้อง ตัวอย่างเช่น:

ดังที่คุณจำได้ ค่าสัมประสิทธิ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์เชิงซ้อนคำนวณโดยใช้วิธีสมดุลของอิเล็กตรอน:

ในเคมีอินทรีย์ ตัวอย่างที่ชัดเจนของปฏิกิริยารีดอกซ์คือคุณสมบัติของอัลดีไฮด์

1. ลดลงเหลือแอลกอฮอล์ที่เกี่ยวข้อง:

2. อัลดีไฮด์ถูกออกซิไดซ์เป็นกรดที่เกี่ยวข้อง:

สาระสำคัญของตัวอย่างปฏิกิริยารีดอกซ์ข้างต้นทั้งหมดถูกนำเสนอโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอนที่รู้จักกันดี ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบสถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา และความสมดุลของจำนวนอิเล็กตรอนในกระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชัน วิธีนี้ใช้ในการรวบรวมสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในระยะใดๆ ทำให้มีความหลากหลายและสะดวกสบาย แต่ในขณะเดียวกันก็มีข้อเสียเปรียบร้ายแรง - เมื่อแสดงสาระสำคัญของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในสารละลายอนุภาคจะถูกระบุว่าไม่มีอยู่จริง

ในกรณีนี้จะสะดวกกว่าหากใช้วิธีอื่น - วิธีครึ่งปฏิกิริยา มันขึ้นอยู่กับการรวบรวมสมการไอออน - อิเล็กทรอนิกส์สำหรับกระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดักชัน โดยคำนึงถึงอนุภาคที่มีอยู่จริงและการสรุปที่ตามมา สมการทั่วไป- ในวิธีนี้ ไม่ได้ใช้แนวคิดเรื่อง "สถานะออกซิเดชัน" และผลิตภัณฑ์จะถูกกำหนดโดยการหาสมการของปฏิกิริยา

เรามาสาธิตวิธีการนี้ด้วยตัวอย่าง: เราจะสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ของสังกะสีกับกรดไนตริกเข้มข้น

1. เราเขียนโครงร่างไอออนิกของกระบวนการซึ่งรวมถึงเฉพาะตัวรีดิวซ์และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของมัน ตัวออกซิไดซ์และผลิตภัณฑ์ของรีดักชัน:

2. เราเขียนสมการไอออน - อิเล็กทรอนิกส์ของกระบวนการออกซิเดชัน (นี่คือปฏิกิริยาครึ่งแรก):

3. เราเขียนสมการไอออน - อิเล็กทรอนิกส์ของกระบวนการรีดักชัน (นี่คือปฏิกิริยาครึ่งหลัง):

โปรดทราบ: สมการอิเล็กตรอน-ไอออนเขียนขึ้นตามกฎการอนุรักษ์มวลและประจุ

4. เราเขียนสมการครึ่งปฏิกิริยาเพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนระหว่างตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์มีความสมดุล:

5. ให้เราสรุปสมการครึ่งปฏิกิริยาทีละเทอม ประกอบขึ้นเป็นทั่วไป สมการไอออนิกปฏิกิริยา:

เราตรวจสอบความถูกต้องของสมการปฏิกิริยาในรูปแบบไอออนิก:

• รักษาความเท่าเทียมกันในจำนวนอะตอมของธาตุและจำนวนประจุ
  1. จำนวนอะตอมของธาตุจะต้องเท่ากันทางด้านซ้ายและ ชิ้นส่วนที่ถูกต้องสมการปฏิกิริยาไอออนิก
  2. ประจุรวมของอนุภาคทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการไอออนิกจะต้องเท่ากัน

6. เขียนสมการในรูปโมเลกุล ในการทำเช่นนี้ เราเพิ่มไอออนที่รวมอยู่ในสมการไอออนิกตามจำนวนไอออนที่มีประจุตรงข้ามที่ต้องการ