X
تبلیغات
رایتل

کِم سِنتر

تئوری اکسایش و کاهش

فرآیند احیا (کاهش)فرایندی است که در آن یک جسم (احیا کننده) الکترون از دست می‌دهد و عدد اکسایش یک اتم کاهش می‌یابد.
مثالی از واکنشهای اکسایش و کاهش
بر این اساس ، واکنش زیر یک واکنش اکسایش و کاهش می‌باشد. چون عدد اکسایش اتم S از صفر به +4 افزایش پیدا می‌کند و می‌گوییم گوگرد اکسید شده است و عدد اکسایش اتم O از صفر به -2 کاهش پیدا کرده است و می‌گوییم اکسیژن کاهیده شده است:

S + O2 → SO2

که در آن ، در طرف اول عدد اکسیداسیون هر دو ماده صفر و در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون گوگرد در ترکیب +4 و اکسیژن ، -2 است.

اما در واکنش زیر اکسایش- کاهش انجام نمی‌شود، زیرا تغییری در عدد اکسایش هیچ یک از اتمها به وجود نیامده است:

SO2 + H2O → H2SO4

که در SO2 ، عدد اکسیداسیون S و O بترتیب ، +4 و -2 و در آب ، عدد اکسیداسیون H و O بترتیب +1 و -2 و در اسید در طرف دوم ، عدد اکسیداسیون H و S و O بترتیب ، +1 ، +4 و -2 است. 

 
عامل اکسنده و عامل کاهنده
با توجه به چگونگی نسبت دادن اعداد اکسایش ، واضح است که نه عمل اکسایش و نه عمل کاهش بتنهایی انجام پذیر نیستند. چون یک ماده نمی‌تواند کاهیده شود مگر آن که هم‌زمان ماده ای دیگر ، اکسید گردد، ماده کاهیده شده ، سبب اکسایش است و لذا عامل اکسنده نامیده می‌شود و ماده‌ای که خود اکسید می‌شود، عامل کاهنده می‌نامیم.

بعلاوه در هر واکنش ، مجموع افزایش اعداد اکسایش برخی عناصر ، باید برابر مجموع کاهش عدد اکسایش عناصر دیگر باشد. مثلا در واکنش گوگرد و اکسیژن ، افزایش عدد اکسایش گوگرد ، 4 است. تقلیل عدد اکسایش ، 2 است، چون دو اتم در معادله شرکت دارد، کاهش کل ، 4 است.

در تیتراسیونهای اکسایش –کاهش نیز اکثر شناساگرهای مورد استفاده در تیتراسیونهای اکسایش-کاهش خود عوامل اکسنده یا کاهنده اند که به جای حساس بودن به تغییر غلظت، نسبت به تغییر پتانسیل سیستم جواب می دهند. به این دلیل در عمل به جای تابع P مانند pH، پتانسیل الکترود سیستم را در محور yهای منحنی برای یک تیتراسیون اکسایش-کاهش رسم می کنند. این پتانسیل E از معادله ی نرنست به دست می آید. 


فرم و شکل کلی منحنی تیتراسیونهای اکسایش-کاهش با تیتراسیونهای خنثی شدن تفاوتی ندارد. 

 
به عنوان مثال می توان آهن II را با سریم IV به کمک یک تیتراسیون اکسایش-کاهش تیتر نمود و غلظت آن را تعیین کرد. واکنش اکسایش –کاهش انجام گرفته به صورت زیر است: 


Ce4+ + Fe2+ Ce3+ + Fe3+
 

در واکنش فوق، سریم 4+ احیا می شود و به سریم 3+ تبدیل می شود. آهن 2+ نیز اکسید شده و به اهن 3+ تبدیل می شود. این واکنش سریع است و بلافاصله بعد از افزایش یک جزء، تعادل برقرار می شود و پتانسیل تمام اجزا از جمله پتانسیل یون سریم، یون آهن و پتانسیل شناساگر برابر می شود.یعنی در اینحالت: 

 
E سیستم=ECe4+ = EFe2+ = EIn
 

پتانسیل سیستم را می توان به وسیله ی تعیین emf یک سلول مناسب مانند
SCE اا Ce4+, Ce3+, Fe3+, Fe2+ ا Ptبه طور تجربی اندازه گرفت.
 

برای بدست آوردن پتانسیل نقطه ی اکی والان، دو معادله ی پتانسیل نقطه ی پایان مربوط به ماده ی اکسید شده و احیا شده، هر دو را با هم جمع می کنیم.
Eeq=E0Fe3+ - 0.0592log[Fe2+]/[Fe3+]

Eeq=E0Ce4+ - 0.0592log[Ce3+]/[Ce4+]

2 Eeq=E0Fe3+ + E0Ce4+ - 0.0592log[Fe2+][Ce3+]/[Fe3+][Ce4+]
در نقطه ی هم ارزی، به همان نسبت که Fe3+ داریم، Ce3+ نیز داریم:
[Ce3+]=[Fe3+]
و به همان نسبتی که از واکنش برگشتی Fe2+ داریم، Ce4+ نیز داریم:
[Fe2+]= [Ce4+]

با قرار دادن این روابط در معادله ی فوق داریم:
Eeq= E0Fe3+ + E0Ce4+/2
 

پس اگر پتانسیل استاندارد تنها را بداینم، می توان پتانسیل نقطه ی اکی والان را به دست آورد. این برای حالتی است که تعداد الکترونها در هر دو نیم واکنش برابر است. در غیر اینصورت نسبت آنها تغییر می کند و باید مراحل محاسبه مانند فوق تکرار گردد.

به عنوان مثال:
سدیم تیوسولفات یک محلول احیا کننده است که در تیتراسیونهای اکسایش-کاهش به عنوان احیا کننده مورد استفده قرار می گیرد.
یکی از کاربردها، استفاده در واکنش یدومتری است: 


2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI
 

درواکنش فوق ید در حضور سدیم تیوسولفات احیا می شود.

پرمنگنات پتاسیم یا پتاسیم پرمنگنات یک اکسید کننده قوی است و در اکثر واکنشهای شیمیایی از جمله در تیتراسیونهای اکسایش -کاهش بعنوان عامل اکسید کننده استفاده می‌شود. نام آیوپاک آن پتاسیم منگنات (VII) است. وزن مولکولی پرمنگنات پتاسیم 158.04gr/mol، شکل آن منشوری ، جامد ، به رنگ ارغوانی تیره ، محلول آبی آن به رنگ صورتی و ترکیبی بدون بو است. این ترکیب بدلیل خاصیت اکسید کنندگی بسیار خورنده است.

اینکه متوجه شوید انتقال الکترون صورت گرفته یا نه باید از تغییر عدد اکسایش استفاده نمایید. یعنی عدد اکسایش عنصر مورد نظر را در مواد اولیه و محصول محاسبه نمایید سپس ببینید این عدد تغییر کرده است یا نه.

دانشمندان یک مفهوم قرار دادی پیشنهاد کرده‌اند که همه حالت‌های یونی و کووالانسی را در بر می‌گیرد ، این مفهوم را عدد اکسایش نامیده‌اند . تعریف مناسب این مفهوم چنین است : عدداکسایش یک عنصر (در یک ترکیب) ، تعداد بار الکتریکی مثبت یا منفی است که به اتم آن عنصر نسبت داده می‌شود ، با این فرض که انتقال الکترون کامل و همه پیوندها یونی باشد . پس از یک سلسله قاعده‌های قرار دادی که آسیبی به علم نمی‌رسانند ، استفاده می‌کنیم :
1- عدد اکسایش هر عنصر در حالت آزاد صفر است .مثل اتم H که در مولکول‌های هیدروژن عدداکسایش صفر دارند .
2- عدد اکسایش یون‌های تک اتمی با بار الکتریکی آنها برابر است : برای مثال عدد اکسایش یونهای سدیم و کلرید در نمک طعام به ترتیب 1+ و 1- است .
3- برای یک مولکول ( یا یک واحد فرمولی ) که از لحاظ الکتریکی خنثی است ، مجموع عددهای اکسایش همه اتم‌های شرکت کننده در آن مولکول صفر است : در منگنز دی اکسید M nO2 عدد اکسایش اکسیژن 2- است پس بایستی عدد اکسایش منگنز 4+ باشد تا جمع جبری همه عددها ی اکسایش در این ترکیب صفر شود .
4- عدد اکسایش اتم فلوئور که الکترونگاتیوترین عنصرهاست همیشه منفی یک است .
5- عدد اکسایش اکسیژن در اغلب ترکیب‌های آن منفی دو است ، به غیر از دو ترکیب آب اکسیژنه و اکسیژن فلوئورید .
6- عدد اکسایش هیدروژن در ترکیبهای آن مثبت یک است .تنها مورد استثنا در هیدریدهای فلزی ازقبیل NaH است که عدداکسایش هیدروژن منفی یک است ( چرا که الکترونگاتیوتر از فلزهاست ) .
7- برای یک یون چند اتمی ، مجموع جبری عددهای اکسایش اتم‌های شرکت کننده در آن ، برابر بار الکتریکی آن یون است . برای مثال در یون کربنات ( C O3 با دو بار منفی ) عدد اکسایش کربن مثبت چهار‌ و عدداکسایش اکسیژن منفی دو است بنابراین مجموع این دو عدد (+4)+(-6)=-2 که با بار یون کربنات برابر است .

قوانین و مراحل محاسبه عدد اکسایش را می توانید در سایت زیر (دانشنامه سایت رشد) ببینید:


http://daneshnameh.roshd.ir/mavara/mavara-index.php?page=%d8%b9%d8%af%d8%af+%d8%a7%da%a9%d8%b3%d8%a7%db%8c%d8%b4&SSOReturnPage=Check&Rand=0

نظرات (1)
نام :
ایمیل : [پنهان میماند]
وب/وبلاگ :
برای نمایش آواتار خود در این وبلاگ در سایت Gravatar.com ثبت نام کنید. (راهنما)
با اعرض سلام و خسته نباشید.با تشکر از مطالب کاملتون.بهتر است در بخش تئوری این ازمایش توضیحاتی هم در باره نیم واکنش های اکشایش و کاهش و نحوه انتقال الکترون ها در پل نمکی با توجه به اند ها و کاتد های مختلف داده شود.
پنج‌شنبه 25 آذر‌ماه سال 1389 ساعت 23:17
امتیاز: 0 0