Redoks kimyası nedir?
Her kimyasal tepkime elektronları ya hareket ettirir ya da ettirmez. Hareket ettirenler redoks tepkimeleridir — indirgenme-yükseltgenme — ve yanma, piller, korozyon, metalurji ve metabolizmayı kapsarlar. Konuyu yönetilebilir kılan muhasebe aracı yükseltgenme basamağıdır: her bağ tamamen iyonik olsaydı bir atomun taşıyacağı varsayımsal yük. Gerçek bir yük değildir, ama bir defter olarak size kimin elektron kaybettiğini, kimin kazandığını ve kaç elektronun el değiştirdiğini anında söyler.
Hatırlanması gereken tek kural: LEO, GER der — Elektron Kaybeden Yükseltgenir; Elektron Kazanan İndirgenir. Ve adlandırma tuzağı: yükseltgen, indirgenen türdür (başka bir şeyi yükseltger).
Yükseltgenme basamaklarını atamak: algoritma
Kurallar kesin bir sırayla uygulanır: serbest element = 0; tek atomlu iyon = yükü; F her zaman −1'dir; O −2'dir, ancak peroksitlerde (H2O2, Na2O2, burada −1) ve OF2'de (+2); H +1'dir, metal hidrürlerde hariç (−1); 1. grup metalleri +1, 2. grup +2; ve tüm basamakların toplamı net yüke eşittir. Geriye kalan bilinmeyen cebirsel olarak çözülür. Panelin önayarları klasikleri yürütür: KMnO4'te K(+1) ve O(−2)×4 Mn = +7'yi zorlar; K2Cr2O7 atom başına Cr = +6'yı zorlar; dikromat anyonu Cr2O72− dengede −2 yük ile aynısını yapar. Fe3O4 ilginç olanıdır: cebir Fe başına +2,7 ortalamasını verir, gerçek bir karışık değerlikli oksit (FeO·Fe2O3), kimyagerlerin +2 ve +3 olarak yazdığı iki farklı demir bölgesi vardır. Panel aynı ayrımı uygular: gerçek peroksitler (H2O2, Na2O2, CaO2) her O'yu −1'e koyar, MnO2 gibi dioksitler ise O'yu −2'de tutar.
Yarı tepkimelerle denkleştirme
En kesin denkleştirme yöntemi, herhangi bir redoks denklemini bir yükseltgenme yarısına ve bir indirgenme yarısına böler, her birini ayrı ayrı denkleştirir, ardından elektronlar birbirini götürecek şekilde çarpar. Her yarı tepkime sabit bir sırayla denkleştirilir: (1) O ve H dışındaki tüm atomlar, (2) O, H2O ile, (3) H, asitte H+ veya bazda OH− ile, (4) yük, elektronlarla. Panelin örneği ders kitabındaki permanganat indirgenmesidir: asitte MnO4− → Mn2+, MnO4− + 8H+ + 5e&supminus; → Mn2+ + 4H2O olarak denkleşir — dört oksijen için dört su, sekiz hidrojen için sekiz proton, +7 → +2 yolculuğunu uzlaştırmak için beş elektron.
Potansiyeller tablosu bir lig tablosu olarak
Standart indirgenme potansiyelleri E° (volt, tam olarak 0,00 olan Standart Hidrojen Elektrodu'na karşı) her yarı tepkimeyi elektron iştahına göre sıralar. Panelin 21 girişlik tablosunu bir puan durumu gibi okuyun: F2 (+2,87) en üstte en güçlü yükseltgendir, Li+ (−3,04) en altta en güçlü indirgendir ve aradaki metaller klasik aktivite serisini yeniden üretir — tabloda daha aşağıdaki indirgenmiş herhangi bir form, üstündeki herhangi bir yükseltgenmiş forma elektron verir. Çinko metalinin çözeltiden Cu2+'yı neden yerinden ettiğinin nedeni budur: elektronlar kendiliğinden Zn'den Cu2+'ya akar. İki girişten bir hücre kurmak için: E°hücre = E°katot − E°anot, ve bu farkın işareti kendiliğindenlik kararıdır — ünlü Daniell hücresi Cu (+0,34) ile Zn'yi (−0,76) eşleştirir ve E°hücre = +1,10 V verir.
Nernst: derişim hedefleri hareket ettirir
E° yalnızca 1 M ve 1 atm'de geçerlidir; Nernst denklemi E = E° − (RT/nF) ln Q gerçek derişimleri düzeltir (25 °C kısayolu E = E° − (0,0592/n) log Q, sayılar içine katılmış aynı denklemdir). Panelin iki örneği davranışı sınırlar: Zn2+/Zn çifti (E° = −0,76 V, n = 2) Q = 0,1'de E = −0,7304 V'a kayar — hâlâ negatif, bir indirgenme olarak kendiliğinden değil, tam da çinkonun anot olarak hizmet etmesinin nedeni budur; Cu2+/Cu çifti (+0,34 V) Q = 0,01'de E = +0,3992 V'a tırmanır, ürün açısından fakir çözeltiler indirgenmeyi daha güçlü iter. Q → K sınırında E → 0'dır; bu, denge sabitine ve ΔG = −nFE'ye köprüdür.
Yaygın yanlış anlamalar
- Yükseltgenme oksijen gerektirir. Ad bir etimoloji tuzağıdır: Na → Na+ + e&supminus; bir yükseltgenmedir, hiçbir yerde oksijen yoktur. Tanım elektron kaybıdır, nokta.
- Yükseltgen yükseltgenir. Tersine çevirin: yükseltgen yükseltgenmeye neden olur ve kendisi indirgenir. MnO4−, tam olarak Mn'i (+7) +2'ye düştüğü için yükseltgendir.
- Daha pozitif bir E° daha güçlü bir indirgen demektir. Tersi: pozitif E° indirgenmeye hevesli olmak = güçlü bir yükseltgen. Güçlü indirgenler negatif uçta yaşar.
- Hidrojen her zaman +1'dir. Yalnızca ametallerle yapılan bileşiklerde. NaH'de (ve LiAlH4'te) −1'dir — hidrür iki elektronlu bir protondur.
İlgili araçlar: Kimyasal Denge (E ve K tek bir sabitin iki görünümüdür), Termokimya (ΔG = −nFE) ve Elektron Dizilimi (takas edilen elektronlar).
