Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari nima

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari (OQR), shuningdek redoks (qisq. ingl. redox, reduction-oxidation — «qaytarilish-oksidlanish» degan ma’noni anglatadi) — kimyoviy reaksiyalar, ularda reaksiyaga kirishayotgan moddalar atomlarining oksidlanish darajalari (jumladan, moddalarning ionlari tarkibidagi atomlarning ham) o‘zgaradi. Bunda elektronlar quyidagi ikki atom o‘rtasida qayta taqsimlanadi: oksidlovchi atom (akseptor) va qaytaruvchi atom (donor).

Tarixiy ma’lumot

Qadimda olimlar oksidlanishni flogistonni (alohida, ko‘rinmas yonuvchi modda; bu atamani Iogann Bexer kiritgan) yo‘qotish, qaytarilishni esa uni qo‘shib olish deb hisoblashgan. Biroq A. Lavuazye 1777-yilda kislorodga asoslangan yonish nazariyasini yaratganidan so‘ng, XIX asr boshlariga kelib kimyogarlar oksidlanish deb moddalarning kislorod bilan reaksiyaga kirishishini, qaytarilish deb esa vodorod ta’sirida o‘zgarishini tushuna boshladilar. Shunga qaramay, boshqa elementlar ham oksidlovchi bo‘lishi mumkin, masalan:

{\mathsf {Fe+2HCl\rightarrow FeCl_{2}+H_{2}\uparrow }}

Bu reaksiyada oksidlovchi — vodorod ioni — H⁺, temir esa qaytaruvchi vazifasini bajaradi.

Oksidlanish-qaytarilishning elektron-ion nazariyasini L. V. Pisarjevskiy 1914-yilda ishlab chiqqan. Unga ko‘ra, oksidlanish — oksidlanayotgan element atomlari yoki ionlarining elektron berish jarayoni; qaytarilish esa qaytarilayotgan element atomlari yoki ionlarining elektron qabul qilish jarayonidir. Masalan, quyidagi reaksiyada

{\mathsf {{\stackrel {0}{\mbox{Zn}}}+{\stackrel {0}{\mbox{Cl}}}_{2}\rightarrow {\stackrel {+2}{\mbox{Zn}}}{\stackrel {-1}{\mbox{Cl}}}_{2}}}

rux atomi ikkita elektronini yo‘qotadi, ya’ni oksidlanadi, xlor molekulasi esa bu elektronlarni qabul qilib, qaytariladi.

Tavsif

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasida qaytaruvchi elektronlarni beradi, ya’ni oksidlanadi; oksidlovchi elektronlarni qabul qiladi, ya’ni qaytariladi. Demak, har qanday oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi bir-biriga qarama-qarshi bo‘lgan ikki jarayon — oksidlanish va qaytarilishning ajralmas birligidan iborat. Bu jarayonlar bir vaqtda, bir-biridan ajralmagan holda kechadi.

Oksidlanish

Oksidlanish — elektronlarning berilishi natijasida oksidlanish darajasining ortishi jarayonidir.

Moddalar oksidlanganda elektronlarini beradi va ularning oksidlanish darajasi ortadi. Oksidlanayotgan modda atomlari elektron donorlari hisoblanadi, oksidlovchi modda atomlari — akseptorlar hisoblanadi.

Ba’zi hollarda oksidlanish paytida boshlang‘ich modda molekulasi beqaror bo‘lib qolishi va barqarorroq hamda kichikroq tarkibiy qismlarga parchalanishi mumkin (qarang: Erkin radikallar). Bunda hosil bo‘lgan molekulalardagi ayrim atomlarning oksidlanish darajasi boshlang‘ich molekuladagi ayni atomlarning oksidlanish darajasidan yuqori bo‘ladi.

Qaytaruvchi elektronlarni berib, oksidlovchilik xossalarini egallaydi va unga juft bo‘lgan oksidlovchiga aylanadi (jarayonning o‘zi oksidlanish deyiladi):

qaytaruvchi — e⁻ ↔ juft oksidlovchi.

Bog‘lanmagan, erkin elektron eng kuchli qaytaruvchidir.

Qaytarilish

Qaytarilish — modda atomining elektronlarni qabul qilishi va natijada uning oksidlanish darajasi pasayishi jarayonidir.

Qaytarilish jarayonida atomlar yoki ionlar o‘zlariga elektronlarni biriktirib oladi. Bunda elementning oksidlanish darajasi ham pasayadi. Misollar: metall oksidlarini erkin metallargacha qaytarishda vodorod, uglerod va boshqa moddalarni qo‘llash; organik kislotalarni qaytarish orqali aldegidlar va spirtlar olish; gidrogenlash, ya’ni yog‘larni vodorod bilan to‘yintirish va boshqalar.

Oksidlovchi elektronlarni qabul qilib, qaytaruvchilik xossalarini egallaydi va unga juft bo‘lgan qaytaruvchiga aylanadi (jarayonning o‘zi qaytarilish deyiladi):

oksidlovchi + e⁻ ↔ juft qaytaruvchi.

Oksidlanish-qaytarilish jufti

Oksidlovchi va uning qaytarilgan shakli yoki qaytaruvchi va uning oksidlangan shakli o‘zaro bog‘langan oksidlanish-qaytarilish juftini hosil qiladi, ularning bir-biriga aylanish jarayonlari esa oksidlanish-qaytarilish yarimreaksiyalari hisoblanadi.

Har qanday oksidlanish-qaytarilish reaksiyasida elektronlar uchun o‘zaro raqobatlashadigan ikkita bog‘langan oksidlanish-qaytarilish jufti ishtirok etadi. Natijada ikkita yarimreaksiya kechadi: ulardan biri elektronlarni qabul qilish, ya’ni qaytarilish bilan, ikkinchisi esa elektronlarni berish, ya’ni oksidlanish bilan bog‘liq.

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarining turlari

Molekulalararo reaksiyalar — oksidlanayotgan va qaytarilayotgan atomlar turli moddalarning molekulalarida joylashgan reaksiyalar. Masalan:

{\mathsf {H_{2}S+Cl_{2}\rightarrow S+2HCl}}

Molekula ichidagi reaksiyalar — oksidlanayotgan va qaytarilayotgan atomlar ayni bir moddaning molekulalarida joylashgan reaksiyalar. Masalan:

{\mathsf {2H_{2}O\rightarrow 2H_{2}+O_{2}}}

Disproporsiyalanish (o‘z-o‘zidan oksidlanish va qaytarilish) — ayni bir element ham oksidlovchi, ham qaytaruvchi vazifasini bajaradigan reaksiyalar. Masalan:

{\mathsf {H_{2}O+Cl_{2}\rightarrow HCl+HClO}}

Reproporsiyalanish (konproporsiyalanish) — ayni bir elementning ikki xil oksidlanish darajasidan bitta oksidlanish darajasi hosil bo‘ladigan reaksiyalar:

{\mathsf {SO_{2}+2H_{2}S\rightarrow 3S+2H_{2}O}}

Misollar

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasiga misol: vodorod bilan ftorning o‘zaro ta’siri

{\mathsf {{\stackrel {0}{\mbox{H}}}_{2}+{\stackrel {0}{\mbox{F}}}_{2}\rightarrow 2{\stackrel {+1}{\mbox{H}}}{\stackrel {-1}{\mbox{F}}}}}

Ikki yarimreaksiyaga ajratiladi:

1) Oksidlanish:

{\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}}}

2) Qaytarilish:

{\mathsf {{\mbox{F}}_{2}^{0}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{F}}^{-}}}

Elektronlarni berish jarayoni oksidlanish deb ataladi. Oksidlanishda oksidlanish darajasi ortadi.

{\mathsf {{\mbox{H}}_{2}^{0}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{H}}^{+}}}

{\mathsf {{\mbox{S}}^{2-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{S}}^{0}\downarrow }}

{\mathsf {{\mbox{Al}}^{0}-3{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Al}}^{3+}}}

{\mathsf {{\mbox{Fe}}^{2+}-{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Fe}}^{3+}}}

{\mathsf {2{\mbox{Hal}}^{-}-2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Hal}}_{2}^{0}}}

Elektronlarni qabul qilish jarayoni qaytarilish deb ataladi. Qaytarilishda oksidlanish darajasi pasayadi:

{\mathsf {{\mbox{O}}_{2}^{0}+4{\mbox{e}}^{-}\rightarrow 2{\mbox{O}}^{2-}}}

{\mathsf {{\mbox{Mn}}^{7+}+5{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}

{\mathsf {{\mbox{Mn}}^{4+}+2{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Mn}}^{2+}}}

{\mathsf {{\mbox{Cr}}^{6+}+6{\mbox{e}}^{-}\rightarrow {\mbox{Cr}}^{0}}}

Muayyan reaksiyada elektronlarni qabul qiluvchi atomlar yoki ionlar oksidlovchilar, elektronlarni beruvchi atomlar yoki ionlar esa qaytaruvchilar hisoblanadi.

Kimyoviy reaksiyaga kirishadigan moddalar nisbatini aniqlash uchun ko‘pincha oksidlanish-qaytarilish reaksiyasini tenglashtirish talab etiladi. Bunday reaksiyani tenglashtirish — stexiometrik koeffitsiyentlarni (ya’ni har bir birikmaning mol miqdorini) topish demakdir. Stexiometrik koeffitsiyentlar odatda faqat 1 va undan katta butun sonlar bo‘lishi mumkin; kasr koeffitsiyentlarga faqat ayrim termokimyoviy tenglamalarni yozishda ruxsat etiladi. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalarini tenglashtirishning ikki usuli mavjud: yarimreaksiyalar usuli va elektron balansi usuli. Elektron balansi usuli soddaroq bo‘lib, reaksiya gazsimon muhitda kechganda (masalan, yonish yoki birikmalarning termik parchalanishida) qo‘llanadi. Yarimreaksiyalar usuli murakkabroq bo‘lib, reaksiya suyuq muhitda kechganda ishlatiladi. Yarimreaksiyalar usulida erkin atomlar yoki bir atomli ionlar emas, balki reaksiyaga kirishayotgan moddalarning erishi va/yoki dissotsiatsiyalanishi natijasida eritmada haqiqatan mavjud bo‘ladigan zarrachalar (ionlar) hisobga olinadi. Ikkala usul ham turli ta’lim muassasalari talabalari o‘rganadigan umumiy va noorganik kimyoning asosiy kursida muhim o‘rin tutadi.

Adabiyotlar

Kimyo ensiklopediyasi : 5 jildda / I. L. Knunyans tahriri ostida. — M. : Katta Rossiya ensiklopediyasi, 1992. — J. 3. — 639 b. — ISBN 5-85270-039-8.
Xomchenko G. P., Sevastyanova K. I., Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari, 2-nashr, M., 1980;
Keri F., Sandberg R., Organik kimyoning chuqurlashtirilgan kursi, ingliz tilidan tarjima, 2-kitob, M., 1981, 119-41, 308-43-betlar;
March J., Organik kimyo, ingliz tilidan tarjima, 4-jild, M., 1988, 259—341-betlar;
Turyai Ya. I., Analitik kimyoda oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari va potensiallar, M., 1989;
Todres 3. V., Organik va metallorganik kimyoda elektron ko‘chishi, to‘plamda: Fan va texnika yakunlari. Organik kimyo turkumi, 12-jild, M., 1989. S. I. Drakin, Z. V. Todres.