Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari (OQR) — elektronlar bir atom yoki iondan ikkinchisiga o‘tadigan, natijada elementlarning oksidlanish darajasi o‘zgaradigan reaksiyalar. Yonish, nafas olish, fotosintez, metallarning korroziyasi, metallurgiya, elektroliz, batareya va akkumulyatorlarning ishlashi — barchasi OQR. Imtihonda oksidlanish darajasini aniqlash, oksidlovchi va qaytaruvchini topish, tenglamani elektron balans yoki yarim reaksiyalar usulida tenglab koeffitsiyentlar yig‘indisini topish hamda muhitga qarab mahsulotni aniqlash eng ko‘p so‘raladi. Bu mavzu "Elektroliz", "Galogenlar", "Azot va fosfor" va "d-metallar" mavzularining asosi.

§1. Oksidlanish darajasi

Oksidlanish darajasi — birikmadagi barcha bog‘lar ionli deb faraz qilinganda atomning shartli zaryadi. U elektromanfiyroq atomga umumiy elektronlarni to‘liq berib hisoblanadi.

Eng yuqori musbat daraja odatda guruh raqamiga teng, eng past manfiy daraja metallmaslar uchun guruh raqami − 8. Organik moddalarda har bir uglerod atomi uchun alohida hisoblanadi: C–H bog‘i −1, C–O yoki C–N bog‘i +1 beradi, C–C bog‘i hisobga olinmaydi. Masalan, metanda uglerod −4, CO₂ da esa +4.

Misol

K₂Cr₂O₇ dagi xromning oksidlanish darajasini toping.

1. Kaliy +1, kislorod −2, xrom — x.
2. 2(+1) + 2x + 7(−2) = 0 → 2x = 12.
3. x = +6.

§2. Oksidlovchi va qaytaruvchi

• Qaytaruvchi elektron beradi va o‘zi oksidlanadi — oksidlanish darajasi ortadi.
• Oksidlovchi elektron oladi va o‘zi qaytariladi — oksidlanish darajasi kamayadi.

Eng yuqori darajadagi atom faqat oksidlovchi bo‘la oladi (HNO₃ da N⁺⁵, KMnO₄ da Mn⁺⁷, H₂SO₄ da S⁺⁶), eng past darajadagi — faqat qaytaruvchi (H₂S da S⁻², NH₃ da N⁻³, HI da I⁻¹), oraliq darajadagi esa ikkala xossani ham namoyon qiladi (SO₂, H₂O₂, HNO₂).
Tipik oksidlovchilar: KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃, kons. H₂SO₄, O₂, O₃, Cl₂, H₂O₂. Tipik qaytaruvchilar: metallar, H₂, C, CO, H₂S, NH₃, HI, , tuzlari.

§3. Elektron balans usuli

1. Barcha atomlarning oksidlanish darajasini qo‘yib, o‘zgarganlarini toping.
2. Berilgan va olingan elektronlar sxemasini yozing.
3. Elektronlar soni teng bo‘lishi uchun EKUK bo‘yicha ko‘paytuvchilar topib, asosiy koeffitsiyentlarni qo‘ying.
4. Qolgan atomlarni (metall, kislota qoldig‘i, keyin H va O) tenglang va kislorod bo‘yicha tekshiring.

Misol

Cu + HNO₃(kons.) → Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O ni tenglang va koeffitsiyentlar yig‘indisini toping.

1. Cu⁰ − 2e⁻ → Cu⁺² | ×1; N⁺⁵ + 1e⁻ → N⁺⁴ | ×2.
2. 1 Cu va 2 NO₂; tuz uchun yana 2 HNO₃ → kislota jami 4.
3. Cu + 4HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O; yig‘indi 1 + 4 + 1 + 2 + 2 = 10.

Misol

K₂Cr₂O₇ + KI + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + I₂ + K₂SO₄ + H₂O ni tenglang.

1. 2Cr⁺⁶ + 6e⁻ → 2Cr⁺³ | ×1; 2I⁻ − 2e⁻ → I₂⁰ | ×3.
2. K₂Cr₂O₇ + 6KI → Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂; kaliy: 2 + 6 = 8 → 4K₂SO₄; sulfat: 3 + 4 = 7 → 7H₂SO₄; suv 7H₂O.
3. K₂Cr₂O₇ + 6KI + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂ + 4K₂SO₄ + 7H₂O; yig‘indi 1 + 6 + 7 + 1 + 3 + 4 + 7 = 29.

§4. Yarim reaksiyalar (ion-elektron) usuli

Eritmadagi reaksiyalar uchun qulay: zarrachalar eritmada qanday holda bo‘lsa, shunday yoziladi (kuchli elektrolitlar — ionlar, kuchsizlari — molekulalar). Kislotali muhitda ortiqcha kislorod H⁺ bilan suvga bog‘lanadi, yetishmaganini suv beradi; ishqoriy muhitda OH⁻ va suv ishlatiladi. Bu usulda oksidlanish darajasini bilish shart emas, shuning uchun organik moddalar ishtirokidagi reaksiyalarda juda qulay.

Misol

CH₃CH₂COCH₂CH₃ + MnO₄⁻ + H⁺ → CH₃CH₂COO⁻ + CH₃COO⁻ + Mn²⁺ + H₂O ni tenglang va koeffitsiyentlar yig‘indisini toping.

1. Oksidlanish: C₅H₁₀O + 3H₂O → C₃H₅O₂⁻ + C₂H₃O₂⁻ + 8H⁺ + 6e⁻.
2. Qaytarilish: MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O.
3. EKUK 30: birinchisi ×5, ikkinchisi ×6; qisqartirgach 5C₅H₁₀O + 6MnO₄⁻ + 8H⁺ → 5C₃H₅O₂⁻ + 5C₂H₃O₂⁻ + 6Mn²⁺ + 9H₂O.
4. Yig‘indi: 5 + 6 + 8 + 5 + 5 + 6 + 9 = 44.

§5. Muhitning ta’siri

Bir xil oksidlovchi turli muhitda turli mahsulotgacha qaytariladi. Permanganat uchun:

• Kislotali: 2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O — binafsha eritma rangsizlanadi.
• Neytral: 2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O → 2MnO₂ + 3K₂SO₄ + 2KOH.
• Ishqoriy: 2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Dixromat kislotali muhitda: Cr₂O₇²⁻ (to‘q sariq) → Cr³⁺ (yashil). Vodorod peroksid ham muhitga qarab: KI bilan oksidlovchi (H₂O₂ + 2KI + H₂SO₄ → I₂ + K₂SO₄ + 2H₂O), KMnO₄ bilan qaytaruvchi (O₂ ajraladi).

§6. OQR turlari

• Molekulalararo — oksidlovchi va qaytaruvchi turli moddalarda: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu.
• Ichki molekulyar — ikkalasi bir molekulada, turli elementlar: 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ (Cl⁺⁵ qaytariladi, O⁻² oksidlanadi).
• Disproporsiyalanish — bir element ham oksidlanadi, ham qaytariladi: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O; 3HNO₂ → HNO₃ + 2NO + H₂O.
• Konproporsiyalanish — turli darajadagi bir element bitta darajaga keladi: SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O.

OQR ning ahamiyati juda katta: tirik organizmlarda glyukozaning oksidlanishi energiya beradi, fotosintezda esa suv oksidlanib kislorod ajraladi; sanoatda metallar rudalardan qaytariladi, ammiak va nitrat kislota sintez qilinadi; galvanik elementlar va akkumulyatorlarda OQR energiyasi elektr energiyasiga aylanadi. Shuning uchun OQR tenglamalarini tuza olish kimyoning eng muhim ko‘nikmalaridan biri.

O‘zingizni tekshiring

1. NH₄NO₃ dagi azot atomlarining oksidlanish darajalari qanday?

2. Qaysi modda faqat oksidlovchi bo‘la oladi: SO₂, H₂SO₄, H₂S, S?

3. Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ reaksiyasida qaytaruvchi qaysi modda?

4. MnO₂ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + H₂O ni tenglang.

5. KMnO₄ neytral muhitda qaytarilganda qanday mahsulot hosil bo‘ladi?

6. H₂O₂ qanday ikki xil rol o‘ynay oladi?

7. Kislotali muhitda 0,5 mol K₂SO₃ ni oksidlash uchun necha gramm KMnO₄ kerak?

8. Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O qaysi turdagi OQR?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Oksidlanish va qaytarilish atamalarini almashtirish: qaytaruvchi oksidlanadi!
• H₂O₂ va peroksidlarda kislorodni −2 deb olish.
• Tuz hosil qilishga sarflangan kislotani unutish: HNO₃ ning bir qismi faqat tuzga ketadi.
• Permanganat mahsulotini muhitni hisobga olmay yozish.
• Tenglashdan keyin kislorod atomlari bo‘yicha tekshirmaslik.