میدانید که اکسیژن نافلزی بسیار فعال است و با بسیاری از عنصر ها ترکیب می شود. به همین علت بسیاری از عنصر های موجود در طبیعت به صورت اکسید وجود دارند . مثلا هیدروژن به صورت H2O و آهن به صورت Fe2O3 و آلومینیوم به صورت Al2O3 در طبیعت وجود دارند . در گذشته ترکیب شدن عنصر ها با اکسیژن را اکسید شدن یا اکسیداسیون و اکسیژن را عنصر اکسید کننده می نامیدند . امروزه به جای

اکسیداسیون اصطلاح اکسایش را به کار می برند.

مثال:

اکسید شدن مس

2Cu+O2 --->2CuO

اکسید شدن روی

2Zn+O2 ---> 2 Zno

از زمانهای گذشته مهمترین راه بدست آوردن فلزات گرفتن اکسیژن از اکسید آنها به وسیله ی ذغال (کربن) بوده است. این عمل را احیا شدن (زنده شدن) فلز و کربن را عنصر احیا کننده می نامیدند. امروزه به جای احیا شدن اصطلاح کاهش و به جای احیا کننده واژه ی کاهنده را به کار می برد.

ZnO + C ---> Co + Zn

هیدروژن نیز یک عامل کاهنده است مثلا اکسید مسII را در گرما می کاهد. CuO + H2 ----> Cu + H2o

امروزه دیگر عمل اکسایش به ترکیب شدن عنصر ها با اکسیژن و عمل کاهش به گرفتن اکسیژن به وسیله ی کربن یا هیدروژن محدود نمیشود بلکه واکنش های بیشماری را شامل می شود که در آنها تعداد معینی الکترون بین عنصرها تبادل می

شود .

مفهوم اکسایش ــ کاهش از دیدگاه مبادله ی الکترون

واکنش سوختن منیزیم را در نظر می گیریم . میدانیم که در این واکنش اتم منیزیم دو الکترون از دست میدهد و به کاتیون Mg تبدیل می شود این عمل از دست دادن الکترون نیم واکنش اکسایش منیزیم می نامند . در مقابل اتم اکسیژن این دو الکترون را جذب می کند . و به آنیون اکسید تبدیل می شود . این عمل گرفتن الکترون را نیم واکنش کاهش اکسیژن می نامند . نیم واکنش های اکسایش و کاهش هم زمان روی میدهند . به عبارت دیگر در حالی که یک گونه اکسایش می یابد گونه ی دیگر کاهش پیدا می کند . تفکیک واکنش اکسایش و کاهش به دو نیم واکنش نیز تنها به منظور آسان کردن درک ساز و کار این نوع واکنش هاست

انتقال الکترون و عدد اکسایش

در واکنش های اکسایش – کاهش بسیاری ردیابی مبداء و مقصد جابجایی الکترون ها و جا به جایی الکترون ها و تعیین گونه ی اکسنده و کاهنده دشوار است. برای مثال در واکنش زیر هیچ تغییری در تعداد الکترون های ظرفیتی هر یک از اتم های درگیر در واکنش مشاهده نمی شود. از این رو نمی توان گونه ای که اکسید شده یا کاهش یافته را تشخیص داد. مگر از طریق تعریف های قدیمی اکسایش- کاهش!

( Co2 (g) + H2O (g) ---> Co (g) + H2O (g

شیمیدان ها با معرفی مفهوم عدد اکسایش بر این مشکن غلبه کردند . برای این منظور به هر اتم در گونه ی شیمیایی می توان یک عدد اکسایش نسبت داد . عدد اکسایش یک اتم برابر تعداد الکترون هایی است که آن اتم برای تبدیل شدن به یک اتم خنثی باید بگیرد یا از دست بدهد . برای مثال یک یون آهن Fe برابر 2+ است. حالت اکسایش را به هنگام نوشت به صورت آهن ((II یا Fe (III) نشان می دهند . همچنین عدد اکسایش یون Fe برابر3+ است. بنابر این حالت اکسایش این یون به صورت آهن (III) یا Fe (III) نوشته می شود . دقت کنید که عدد رومی داخل پرانتز عدد اکسایش گونه ی یاد شده را مشخص می کند . هنگامی که یون آهن II Fe به یون آهن FeIII تبدیل می شود اکسایش روی داده است .

Fe (aq) ---> Fe (aq) + e

افزایش عدد اکسایش به معنای از دست دادن الکترون و بنا بر این فرایند اکسایش است . در حالی که کاهش عدد اکسایش به معنای به دست آوردن الکترون و بنابراین فرایند کاهش است.

موازنه ی واکنش های( اکسایش ــ کاهش) به روش تنظیم نیم واکنش ها

ـــ مثال 1 : موازنه ی معادله ی واکنش :

2AgNo3+Zn ---> Zn (NO3) 2 +2Ag 

چون یون NO3 بدون تغییر در هر دو طرف معادله وجود دارد می توان از آن صرف نظر کرد . از این رو می توان نوشت :

Zn +Ag -------> Ag + Zn

(نیم واکنش اکسایش)

(نیم واکنش کاهش)

با در نظر گرفتن یون NO3 می توان نوشت

2Ag NO3 +Zn ---> 2Ag + Zn (NO3) 2

ـــ مثال 2 ــ در واکنش های اکسایش و کاهش دو نیم واکنش اکسایش و کاهش همواره در کنار هم روی می دهد به طوری که تعداد الکترون های تولید شده در نیم واکنش اکسایش باید با تعداد الکترون های مصرف شده در نیم واکنش کاهش برابر باشد . برای نمونه واکنش بین

Cuو Ag را در نظر بگیرید.

Cu(s) ---> Ag (s) + Cu (aq) + Ag (aq

دو نیم واکنش تشکیل دهنده ی این واکنش عبارتند از :

نیم واکنش اکسایش : Cu (S) ---> Cu (aq) + 2 e

نیم واکنش کاهش : Ag (aq) + e---> Ag (s‌

از آنجا که تعداد الکترون های مبادله شده در واکنش کلی باید برابر باشد. بنابراین دو طرف نیم واکنش کاهش را در عدد 2ضرب می کنیم :

2 Ag (aq) + 2e---> 2Ag (s

از جمع این نیم واکنش با نیم واکنش اکسایش معادله ی موازنه شده ی واکنش اکسایش ــ کاهش یاد شده به دست می آید .

2Ag (aq) + Cu (s) --->2Ag (s) Cu (aq

ب) به روش تغییر عدد اکسایش عنصر ها : در این روش تغییر عدد اکسایش عنصر های اکسید کننده را ضریب عنصر کاهنده و تغییر عدد اکسایش عنصر های کاهنده را ضریب عنصر اکسنده قرار می دهیم 

موازنه ی ضرایب معادله ی واکنش :

Sncl2 + FeCl3 ---> SnCl2 + FeCl2

عدد اکسایش قلع در SnCl2 برابر 2+ و در SnCl2 برابر 4+ است . عدد اکسایش آهن در

FeCl3

برابر 3+ و در FeCl2 برابر 4+ است . از این رو می توان نوشت :

Sn Cl2+ Fe Cl3--->  Sn Cl2+ FeCl4

پس باید 2 رو ضریب و FeCl4 1 را ضریب SnCl2 قرار داد . یعنی باید نوشت :

1SnCl2 + 2FeCl3 ---> 1 SnCl4 + 2FeCl4

معمولا ضرایب را نمی نویسند

روش كار آزمايشگاهي:

مواد لازم :

محلول پتاسیم پرمنگنات 0/02 N و سولفوریک اسید 3N و محلول سدیم اگزالات 0/02

N و محلول نمک مور مجهول .

وسایل لازم :

بورت ــ پیپت حباب دار و مدرج 10ml و ارلن 250 ml و پایه و گیره .

روش کار آزمایشگاهی

الف) استاندارد کردن محلول پتاسیم پرمنگنات

ابتدا بورت را با آب مقطر و سپس با کمی محلول پتاسیم پرمنگنات شستشو دهید .

حال بورت را از محلول پتاسیم پر منگنات پر کرده و روی صفر تنظیم کنید و سپس

10ml محلول سدیم اگزالات استاندارد شده 0/02 N را برداشته وارد یک ارلن 250ml

می کنید و به آن حدود 3ml سولفوریک اسید 3N اضافه کرده و آن را زیر شیر بورت

قرار دهید . و حدود 7ml پتاسیم پر منگنات را وارد آن کنید .محلول به رنگ ارغوانی در

می آید . سپس آنرا روی شعله به ملایمت حرارت دهیم تا دمای آن به حدود 70 0C

برسد . محلول بی رنگ می شود . حال افزایش پرمنگنات را قطره قطره ادامه دهید تا

با افزودن یک قطره محلول به رنگ صورتی کم رنگ در آید . که همان نقطه ی پایانی ت

یتراسیون است .

حجم پرمنگنات را از روی بورت می خوانیم . این آزمایش را دوباره تکرار می کنیم . و

اگر اختلاف حجم های پرمنگنات مصرف شده کمتر از 0/1 ml شد میانگین دو حجم را

به عنوان حجم واقعی منظور نمایید و از رابطهی زیر نرمالیته محلول پرمنگنات را

حساب کنید .

N1 V1 = N2 V2

معادله ی یونی واکنش پرمنگنات با سدیم اکسالات در محیط اسیدی به صورت زیر

است :

MnO (aq) + C O (aq) + H (aq) ---> Mn (aq) +H O (l)

ب) اندازه گیری درصد آهن در نمک مور

10ml محلول مجهول نمک مور را با پیپت حبابدار بر می داریم و داخل یک ارلن 250 ml میریزیم سپس به آن حدود 3ml سولفوریک اسید 3N اضافه می کنیم و بورت را نیز از محلول پتاسیم پرمنگنات استاندارد شده پر می کنیم و روی صفر تنظیم می کنیم و سپس قطره قطره به محلول نمک مور اضافه می کنیم تا محلول با افزودن یک قطره به رنگ صورتی کم رنگ در آید در اینجا به نقطه ی پایانی رسیده ایم و برای اطمینان میتوانیم دوبار انجام دهیم اگر اختلاف دو حجم پرمنگنات مصرفی کمتر ار 0/1 ml باشد از انها میانگین گرفته و به عنوان حجم واقعی در معادله ی زیر قرار می دهیم و درصد آهن آن را محاسبه می کنیم .

R= 112 N1 V1

R درصد آهن N1 نرمالیته ی پرمنگنات استاندارد شده v1 حجم پرمنگنات مصرفی برای نمک مور است .

پرسش ها:

1ـــ فرمول نام علمی نمک مور را نوشته و جرم مولکولی آنرا محاسبه کنید.Fe(N H4)2(So4)2 , 6H2Oآهن II آمونيوم سولفات 6 آبه متبلور(هگزاهيدرات)

56+14*2+8*1+32*2+8*16=284 6*2*1+6*16=108:جرم مولكولي

2ــ با محاسبه و استفاده از روابط غلظت و معادله ی واکنش نشان دهید که رابطه ی R=112 N1 V1 برای

محاسبه ی درصد آهن درست است . توجه داشته که در تهیه ی نمک مور 0/5 گرم نمک با 100ml محلول

(آب و اسید ) به حجم رسانده شده است .0/5qr 100ml

x 10ml

x=0.5*10 / 100=0.05gr3ـــ واکنش یون آهن موجود در نمک مور با پرمنگنات در محیط اسیدی به صورت زیر است آنرا به روش

اکسایش و کاهش موازنه کنید .

Fe (aq)+MnO (aq)+H (aq)  --->Mn (aq) +Fe (aq) +H2OMno4 +5e +8H---> Mn2+ + 4H2O نيم واكنش كاهش

Fe2+ ---> Fe3+ + e- نيم واكنش اكسايش

4ـــواکنش سوختن گلوکز در بدن به صورت زیر است انرا موازنه کرده و اکسنده و کاهنده در آنرا در آن

مشخص کنید .

C6H12O6 (aq) + O2 (g) ---> Co2(g) + H2O (l) C6H12O6(aq) + 6O2

اكسنده كاهنده

C6H12O6 6x+12+(-12)=0 x=0 O2 x=-2

Co2 x+(-4)=0 x=+4

H2O 2+x=0 x=-25ــ اولا معادله ی یونی واکنش یون پرمنگنات با سدیم اگزالات را در محیط اسیدی به روش نیم سلولی موازنه

کنید .

ثانیا حرارت چه نقشی در انجام این واکنش ایفا می کند ؟   2Mno-4(aq) +5C2O4(aq)+ 16H

Mno-4 + 5e- + 8H ---> Mn2+ + H2O} 2 نيم واكنش كاهش

5{C2O4---> 2CO2 à 2e نيم واكنش اكسايش

اگزلات پتاسيم به راحتي اكسيد نمي شود و نياز به گرما دارد   

منابع

http://chemistry-dept.talif.sch.ir 

http://edu.tebyan.net http://daneshnameh.roshd.ir

کتاب شیمی آلی ــ سیف ا.. جلیلی و نعمت ا... ارشدی

مباني تجربي شيمي عمومي I دكتر مسعود گياهي و مهندس غلامرضا وقار

(گردآورندگان: مهديه مومن پور و نيلوفر علوي)


موضوعات مرتبط: آز- شیمی عمومی

تاريخ : جمعه 1386/09/30 | 11:41 | نویسنده : دکتر عنایت اله مرادی روفچاهی |
.: Weblog Themes By SlideTheme :.