Электрондар тасымалы мен жүретін реакциялары. Тотығу - тотықсыздану

ортаның әсері
5)ТТР бағыты
6) ТТР метаболизмдегі ролі
а) Электродтық потенциал және

стандартты электродтық потенциал
б) Гальваникалық элемент
в) Сутектік электрод
г) Өз бетімен жүретін ТТР бағыты
д) Нернст теңдеу

1914 жылы енгізген.
Барлық химиялық реакцияларды екі топқа бөлуге болады:

1) Әрекеттесуші заттардың құрамындағы атомдарының тотығу дәрежелері өзгермей жүретін реакциялар
BaCl2 + H2SO4 = BaSO4 ↓ + 2HCl
KCl + AgNO3 = AgCl↓ + KNO3
2) Әрекеттесуші заттардың құрамындағы атомдарының тотығу дәрежелері өзгере жүретін реакциялар
-3 +6 t° 0 +3
(NH4)2Cr2O7 → N2° + Cr2O3 + 4H2O
+2 0 +3 -1
2FeCl2 + Cl2° → 2FeCl3
Әрекеттесуші заттардың құрамына кіретін атомдардың немесе иондардың тотығу дәрежелері өзгере жүретін реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атайды.

есептелінгендегі молекуладағы атомның шартты заряды.
Мысалы:
+1 +6 -2

+7 -2
H2 S O4 , K Mn O4 ,
Тотығу-тотықсыздану реакцияларда(ТТР) екі қарама-қарсы процестер жұреді :
1) Тотығу – атомның, молекуланың немесе ионның электрондарды беру процессі:
-2 +2 +3
2N – 6ē → N2° Fe – 6ē → Fe
Тотығу кезінде ТД жоғарылайды..
2) Тотықсыздану – атомның, молекуланың немесе ионның электрондарды қосып алу процессі
+6 +3
2Cr+ 6ē → 2Cr Cl2 + 2ē → 2Cl-
Тотықсызданған кезінде ТД төмендейді

Реакция кезінде олар тотығады.
Тотықтырғыш (ТТ )-электронды қосып алатын және

ТД төмендейтін бөлшектер . Реакция кезінде олар тотықсызданады.
4) Тотығу барлық кезде тотықсызданумен бірге жүреді және және керісінше тотықсыздану барлық кезде тотығумен байланысты .
+2 +3
а) тотықсыздандырғыш жұбы Fe → Fe

б) тотықтырғыш жұбы Cl2° → 2Cl-
(қабаттас жұптары)

Cs

I

Д.И.Менделеев элементтердің периодты жұйесіндегі ТТ қасиеттері былай өзгереді:
Периодта элементтердің реттік нөмірі артқан сайын:

Na Cl
Тотықсыздандырғыш қасиеттері төмендейді
Тотықтырғыш қасиеттері артады

Негізгі топшада:
Li тотықтырғыш қасиеті артады

F

тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш қасиеттерін көрсетеді.

+1 -1
H2° + CuO → Cu + H2O H2° + 2Na = 2NaH
+ 2 0
Cu +2ē → Cu
+1
H2 -– 2ē → 2H+ Na – ē → Na
H2 + 2ē → 2H−
H2 ТЗ қасиеті H2 ТТ қасиеті

тотықсыздандырғыш әр
затта болатын реакциялар жатады:
+3

+2 +2 +4
2FeCl3 + SnCl2 = 2FeCl2 + SnCl4
ТТ ТЗ
−3 0 +2 −2
4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O
ТЗ ТТ
2) Молекулаішілік реакция- тотықтырғыш та тотықсыздандырғыш та
бір молекулада (тек әртүрлі атомдарда) болатын реакциялар жатады:
+5 −2 −1 0
2KClO3→ 2KCl + 3O2
ТТ ТЗ
+5 −2 +3 0
2NaNO3→ 2NaNO2 + O2
ТТ ТЗ

жоғарылап әрі төмендейді:

+1 −1
а) Cl2° + 2KOH → KClO + KCl+ H2O
+3 +5 +2
б) 3HNO2 → HNO3 + 2NO + H2O
+6 +7 +4
в) 3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH
4) Дисмутация реакциялар жүргенде бір ғана атомның түрінің тотығып әрі тотықсыздануынан шығады:
+5 −1 0
KBrO3 + 5KBr + 3H2SO4 = 3Br2 + 3K2SO4 + 3H2O
ТТ ТЗ
+5 0
ТТ 2Br + 10ē → Br2 1 тотықсызданады
−1 0
ТЗ 2Br − 2ē → Br2 5 тотығады

→ ТЗ + ТТ + басқа

ортасы түрі түрі өнімдер

ТТР-ң теңдеуін құрастыруда екі әдіс қолданылады:
1) Электрондық баланс әдісі
−3 0 +2 −2
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
−3 +2
NH3 ТЗ N − 5ē → N 4 тотығу
0 −2 20
O2 TT O2° + 4ē → 2O 5 тотықсыздану
2) Иондық-электрондық әдіс = жартылай реакция әдісі
Жартылай реакция әдісінің мағынасы:
1. ТТР молекулалық схемасын құрастыру керек:
FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
2. ТТР қысқартылған иондық схемасын құрастыру керек:
Fe+2 + MnO4− + H+ → Fe+3 + Mn+2 + H2O
3. Әрбір қабаттас жұптың жартылай реакциясын құрастыру керек.

Жартылай реакцияның сол жағындағы оттектің шамадан тыс артықтығы: қышқылдық ортада

сутек иондарымен қосылып H2O түзеді
−2 +
рН < 7, O + 2H = H2O
− + +2
Мысалы:MnO4 + 8H + 5ē → Mn + 4H2O
нейтралды және сілтілік ортада сумен қосылып гидроксил иондарын түзеді
−2 −
pH ≥ 7, O + H2O = 2OH
мысалы:MnO4− + 2H2O + 3ē → MnO2↓ + 4OH−
б) Жартылай реакцияның сол жағында оттектің жетіспеуі:
қышқыл және нейтрал ортада сумен толтырылады:
pH ≤ 7, H2O → O−2 + 2H+ −2 −2
Мысалы: SO3 + H2O – 2ē → SO4 + 2H+
сілтілік ортада ОН− иондарымен толтырылады: - 2-
pH > 7, 2OH− → O−2 + H2O CrO2− + 4OH – 3ē → CrO4 + 2H2O

зарядтарын балансқа келтіру керек:
Fe+2 – ē → Fe+3
MnO4− + 8H+

+ 5ē → Mn+2 + 4H2O («О» артық ережесі)

5. Тотығу және тотықсыздану процестерін анықтау керек, ең кіші ортақ еселікті тауып жартылай реакциялардың тиісті коэффициенттерін қоямыз:

Fe+2 + ē → Fe+3 5 5

MnO4− + 8H+ + 5ē → Mn+2 + 4H2O 1

6. Жартылай реакция теңдеуінің әрбір мүшелерін өздерінің коэффициенттеріне көбейтеміз және теңдеулерді мүшелеп қосамыз:
5 Fe+2 + MnO4− + 8H+ = 5Fe+3 + Mn+2 + 4H2O
7. Коэффициенттерді иондық теңдеуден молекулалық теңдеуге көшіреміз. Керек болса бүтін санға айналдыру керек:
5FeSO4+KMnO4+4H2SO4→2,5Fe2(SO4)3 + MnSO4 + ½K2SO4 + 4H2O
Немесе:
10FeSO4+2KMnO4 + 8H2SO4→5 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

нейтралды (Н2O) және негіздік (ОН− иондары артық) орталарда жүруі мүмкін.
Схема

түрінде көрсетуге болады:
рН < 7 МnO4− + 8H+ + 5ē → Mn+2 + 4H2O
түссіз ерітінді
MnO4− рН = 7 MnO4− + 2H2O + 3ē → MnO2↓ + 4OH−
күлгін 2- қоңыр түсті
түсті рН > 7 MnO4− + ē → MnO4
жасыл түсті

Әдетте ерітіндіде:
Қышқыл орта жасау үшін көбінесе H2SO4 қолданады.
( HNO3 –тотықтырғыш,HCl -тотықсыздандырғыш, CH3COOH –әлсіз қолдануға болмайды)
Сілтілік орта жасау үшін KOH, NaOH ерітінділері қолданылады.

∆G < 0) анықталады.
2) ТТР бағыты электродтық потенциалдарының өзгеруімен анықталады.
Электрод

– металл мен оны батырған электролит ерітіндісінен тұратын жүйе.
Электродтық потенциал φ – металлды сол металлдың тұзының ерітіндісіне батырғанда пайда болатын потенциал.
Zn/ ZnSO4 немесе Zn/Zn+2 (жазылуы)
Жүретін процесс:
Zn – 2e → Zn+2
Электродтық потенциалдарды салыстыру үшін оларды стандартты жағдайда өлшейді.
Стандартты немесе қалыпты жағдай:
P0 = 101,3 kПa, T0 = 273 K, n = 1 моль
Стандартты электродтық потенциал φ бұл концентрациясы С(Меn+)= 1 моль/л қалыпты жағдайда өлшенген электродтық потенциал
Мысалы: φ°298(Zn/Zn+2) = -0,76 B
Стандартты электродтық потенциалдардың кернеу бар

Li/Li+ . . . Zn/Zn+2 H2/2H+ Cu/Cu+2
−3,2 −0,76 0,0 +0,34
ТЗ қасиеттері артады

ТТ қасиеттері артады

немесе (Pt) H2/ H2SO4

φ H2/2H+
Егер РH2 = 101,3 kПa, T0 = 273 K
C(H+) = 1 моль/л, онда φ°H2/2H+ = 0
(Осы жағдайда, φ°H2/2H+ = 0, салыстырушы электрод)
Қалған электродтарды осы сутектің электродымен қ.ж салыстырады.
Сонда: φ°Zn/Zn+2 = −0,76 B, ал φ°Cu/Cu+2 = +0,34 B
Салыстыратын схемасы:
Zn/Zn+2 ║ 2H+/ H2 (Pt)
φ°Zn/Zn+2 φ°H2/2H+
Cu/Cu+2 ║ 2H+/ H2 (Pt)
φ°Cu/Cu+2 φ°H2/2H+

электродтан тұратын жүйе.
Мысалы: Zn/Zn+2 ║

2H+/ H2 (Pt)

Екі электродтан құралған электрохимиялық тізбектің потенциалдарының айырмасы электроқозғалғыш күш Е деп аталады.
E = φтотықтырғыш − φтотықсыздандырғыш

Гальваникалық элемент дегеніміз – химиялық энергиясын электрлік энергияға айналдыратын жүйе.
Бұл процессте токтың көзі пайда болады (электр лампасы жанады, вольтметр стрелкасы қозғалады).
Тотықсыздану реакциясы жүретін электрод – катод, ал тотығу реакциясы жүретін электрод – анод деп аталады.

жүретін реакциялар.
Катодтық реакциялар:
OX + nē → Red

OX – тотықтырғыш (Oxidation )
Анодтық реакциясы:
Red → OX + nē Red – тотықсыздандырғыш (Restoztion )

Red-OX жүйесі (редокс-жүйесі)
Тотығу-тотықсыздану реакциясы төмендегідей болады:
ОХ´ + Red → Red´ + OX
OX пен Red – бірінші заттың тотыққан және тотықсызданған түрі.
OX´ пен Red´ - екінші заттың тотыққан және тотықсызданған түрі.

n+
φМе = φ°Ме + RT/nF ln a(Me )
Мұнда:
φМе – электродтық потенциал, В (вольт)
φ°Ме – стандартты электродтық потенциал, В
R – газ тұрақтысы = 8,314 Дж/моль * К
Т – температура, К(Т=273 + t°C)
F – Фарадей саны = 96485 Кл/моль ≈ 96500 Кл/моль.
(Кл – Кулон)
n – элементтердің ТТР берілген немесе қосып алған ē саны
ln – натуралды логарифм негізі
а(Men+) – металдың активтік концентрациясы
Сұйық ерітіндісінде а(Men+) ≈ с(Men+)
Қалыпты жағдайда:Р0 = 101,3 kПа; Т = 298 K
n+
φ = φ° + 0,059/n * ln a(Me )

ln a(OX)/a(Red)
Мұнда:
E = φOX - φRed (электр қозғауыш күші)
E° = φ°OX

- φ°Red ( қ.ж. электр қозғауыш күші)
Сұйық ерітіндіде:
E = E° + RT/nF ln c (OX)/c (Red)

ТТР бағыты Гиббс еркін энергиясымен анықталады

Δ G° = −nFE° (теңдеуімен беріледі)
Δ G° = −RT ln K (Вант-Гофф тепе-теңдік изотермасы)
Сол жағы бірдей, сондықтан оңы да бірдей:
Δ G° = Δ G°
−nFE° = −RT* ln K (К-тепе-теңдік тұрақтысы)

E° = RT/nF * ln K , осыдан lnK = nFE°/RT
Қалыпты жағдайда:
Т = 298 K, Δ G° = −5,69 lg K , онда lg K = n Е / 0,059

электродтық потенциалдарын салыстырады.
Мысалы: F2 + 2ē → 2F−1 φ° = +2,58

B
H2 + 2ē → 2H+1 φ° = −2,23 B
1-ережесі:
Алгебралық мәні төменірек болған жұп – тотықсыздандырғыш, ал жоғары болғаны – тотықтырғыш рөлін атқарады.
Сондықтан: F2 – күшті ТТ
ал, 2H+ − күшті ТЗ
2-ережесі:
ТТР бағыты ТТ пен ТЗ жұбының электродтық потенциалдарының қосылысымен анықталады.
ТТР тура бағытта жүргенде екеуінің потенциалдарының қосындысы оң болуға тиісті. (Е > 0)

Егер қосындысы теріс болса, реакция тура бағытта жүрмейді.

бөлуге болады:
Ассимиляция - күрделі заттарды ағзада синтездеу (анаболитикалық процесстер,ΔG°>0, өз

бетімен жүрмейді, қосымша энергия керек).
Диссимиляция - күрделі заттардын ағзада ыдырауы (катаболитикалық процесстер , ΔG° < 0 ,өз бетімен жүретін процестер).
ТТР жүргенде бөлінген энергиясы 99% ағзаны энергиямен қамтамасыз етеді.
Ағзада жүретін ТТР:
а) тыныс алу процессі:
O2 (г) + 4H+ + 4 ē → 2H2O (ж) E° = 1,229 B
ΔG°298 = −457,52 KДж/ моль
Бұл процесс ферменттердің қатысуымен жүреді ,тікелей жүрмейді, қосымша аралық процесстерден тұрады.

гидролиз +O2
көмірсулар

гидролиздеу өнімдері E

(тотығу) CO2, NH3, H2O, CO(NH2)2 және т.б
(ферменттер) мочевина
в) улы заттардың ( метаболиттердің ) ыдырауы
2H – O – O – H фермент O2 + 2H2O
Сутек пероксиді каталаза
R – O – O – R фермент O2 + органикалық
өнімдер
г) улануларды емдеу (Pb2+ улану, HCN улану)
Pb(CH3COO)2 + Na2S2O3 + H2O = PbS↓ + Na2SO4 + 2CH3COOH
«У» антидот
HCN + Na2S2O3 → NaCNS + NaHSO3
«У» антидот натрий роданиді натрий сульфиті ( усыз заттар)

– тамырларды кеңейткіш зат

2КI– + NaNO3+5 + H2SO4 → I2°

+ K2SO4 + NaN+3O2 + H2O
ТЗ ТТ ТТР
Бірге қолдануға болмайды
-1 -1
2КI + 2H2O2 + H2SO4 → I°2 + 2H2O–2 + K2SO4

KMnO4 + Na2S2O3 →
TT ТЗ