Закон сохранения массы. Закон сохранения массы. Масса веществ, вступающих в химическую реакцию, равна массе веществ, образующихся в результате реакции
 Скачать 1.02 Mb.
|
|
Окисление Окисление - процесс отдачи электронов, с увеличением степени окисления. При окисле́нии вещества в результате отдачи электронов увеличивается его степень окисления. Атомы окисляемого вещества называются донорами электронов, а атомы окислителя —акцепторами электронов. В некоторых случаях при окислении молекула исходного вещества может стать нестабильной и распасться на более стабильные и более мелкие составные части (см. Свободные радикалы). При этом некоторые из атомов получившихся молекул имеют более высокую степень окисления, чем те же атомы в исходной молекуле. Окислитель, принимая электроны, приобретает восстановительные свойства, превращаясь в сопряжённый восстановитель: окислитель + e− ↔ сопряжённый восстановитель. Восстановление Восстановле́нием называется процесс присоединения электронов атомом вещества, при этом его степень окисления понижается. При восстановлении атомы или ионы присоединяют электроны. При этом происходит понижение степени окисления элемента. Примеры: восстановление оксидов металлов до свободных металлов при помощи водорода, углерода, других веществ; восстановление органических кислот в альдегиды и спирты; гидрогенизация жиров и др. Восстановитель, отдавая электроны, приобретает окислительные свойства, превращаясь в сопряжённый окислитель: восстановитель — e− ↔ сопряжённый окислитель. Несвязанный, свободный электрон является сильнейшим восстановителем. Виды окислительно-восстановительных реакций Межмолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах разных веществ, например: Н2S + Cl2 → S + 2HCl Внутримолекулярные — реакции, в которых окисляющиеся и восстанавливающиеся атомы находятся в молекулах одного и того же вещества, например: 2H2O → 2H2 + O2 Диспропорционирование (самоокисление-самовосстановление) — реакции, в которых один и тот же элемент выступает и как окислитель, и как восстановитель, например: Cl2 + H2O → HClO + HCl Репропорционирование (конпропорционирование) — реакции, в которых из двух различных степеней окисления одного и того же элемента получается одна степень окисления, например: NH4NO3 → N2O + 2H2O Примеры Окислительно-восстановительная реакция между водородом и фтором  Разделяется на две полуреакции: 1) Окисление:  2) Восстановление:  Окисление, восстановление В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим. Процесс отдачи электронов — окисление. При окислении степень окисления повышается:     Процесс присоединения электронов — восстановление. При восстановлении степень окисления понижается:      Атомы или ионы, которые в данной реакции присоединяют электроны являются окислителями, а которые отдают электроны — восстановителями. [править]Мнемонические правила Для запоминания процессов окисления-восстановления, а также свойств окислителей и восстановителей существует несколько мнемонических правил: Отдать — Окислиться, Взять — Восстановиться (слова начинаются с одинаковых букв). При отдавании кем-либо чего-либо полезного — кислое, опущенное выражение лица, при получении — воспрявшее, восстановленное. Окислитель — грабитель (в процессе окислительно-восстановительной реакции окислитель присоединяет электроны). Электролиз Электролиз - это окислительно-восстановительный процесс, который происходит на электродах во время прохождения электрического тока через расплав или раствор. Электролиз - это ещё один способ получения чистых металлов и неметаллов. Кроме того, электролиз можно провести и в домашних условиях. Нужен источник тока, два электрода (какие электроды бывают и какой в каком случае брать - расссказано дальше) и, конечно, электролит. Электролит - это раствор, который проводит электрический ток. Различают электролиз растворов и электролиз расплавов. Оба эти процесса существенно отливчаются друг от друга. Отличие - в наличии растворителя. При электрролизе растворов кроме ионов самого вещества в процессе учавствуют ионы растворителя. При электролизе расплавов - только ионы самого вещества. Для того, чтобы получить нужный продукт (газ, металл или неметалл), нужно правильно выбрать электрод и раствор электролита. Электродами могут служить любые материалы, проводящие электрический ток. В основном применяют металлы и сплавы, из неметаллов электродами могут служить, например, графитовые стержни (или углерод). Реже в качестве электрода используют жидкости. Электрод, заряженный положительно - анод. Электрод, заряженный отрицательно - катод. При электролизе происходт окисление анода (он растворяется) и восстановление катода. Именно поэтому анод следует брать таким, чтобы его растворение не повлияло на химический процесс, протекающий в растворе или расплаве. Такой анод называют инертным электродом. Гальванические элементы Гальванический элемент — химический источник электрического тока, названный в честь Луиджи Гальвани. Принцип действия гальванического элемента основан на взаимодействии двух металлов через электролит, приводящем к возникновению в замкнутой цепи электрического тока. Смотри также Категория:Гальванические элементы.
Другие типы: Свинцово-плавиковый элемент Медно-окисный гальванический элемент Висмутисто-магниевый элемент Ртутно-висмутисто-индиевый элемент Литий-хромсеребряный элемент Литий-висмутатный элемент Литий-окисномедный элемент Литий-йодсвинцовый элемент Литий-йодный элемент Литий-тионилхлоридный элемент Литий-оксидванадиевый элемент Литий-фторомедный элемент Литий-двуокисносерный элемент Диоксисульфатно-ртутный элемент Серно-магниевый элемент Хлористосвинцово-магниевый элемент Хлорсеребряно-магниевый элемент Хлористомедно-магниевый элемент Йодатно-цинковый элемент Магний-перхлоратный элемент Магний-м-ДНБ элемент Цинк-хлоросеребряный элемент Хлор-серебряный элемент Бром-серебряный элемент Йод-серебряный элемент Магний-ванадиевый элемент Кальций-хроматный элемент Электрические аккумуляторы Электрический аккумулятор — химический источник тока многоразового действия (то есть в отличие от гальванического элемента химические реакции, непосредственно превращаемые в электрическую энергию, многократно обратимы). Электрические аккумуляторы используются для накопления энергии и автономного питания различных устройств. Смотри также Категория:Аккумуляторы. Железо-воздушный аккумулятор Железо-никелевый аккумулятор Лантан-фторидный аккумулятор Литий-железо-сульфидный аккумулятор Литий-ионный аккумулятор Литий-полимерный аккумулятор Литий-фторный аккумулятор Литий-хлорный аккумулятор Литий-серный аккумулятор Марганцево-оловянный элемент Натрий-никель-хлоридный аккумулятор Натрий-серный аккумулятор Никель-кадмиевый аккумулятор Никель-металл-гидридный аккумулятор Никель-цинковый аккумулятор Свинцово-водородный аккумулятор Свинцово-кислотный аккумулятор Свинцово-оловянный аккумулятор Серебряно-кадмиевый аккумулятор Серебряно-цинковый аккумулятор Цинк-бромный аккумулятор Цинк-воздушный аккумулятор Цинк-хлорный аккумулятор Топливные элементы Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Смотри также Категория:Топливные элементы. Прямой метанольный топливный элемент Твердооксидный топливный элемент Щелочной топливный элемент Твердооксидный топливный элемент (англ. Solid-oxidefuelcells — SOFC); Топливный элемент с протонообменной мембраной (англ. Proton-exchange membrane fuel cell — PEMFC); Обратимый топливный элемент (англ. ReversibleFuelCell); Прямой метанольный топливный элемент (англ. Direct-methanol fuel cell — DMFC); Расплавной карбонатный топливный элемент (англ. Molten-carbonate fuel cells — MCFC); Фосфорнокислый топливный элемент (англ. Phosphoric-acidfuelcells — PAFC); Щелочной топливный элемент (англ. Alkalinefuelcells — AFC). Коррозия металлов Коррозия металлов — разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозионной средой. [2] Для процесса коррозии следует применять термин «коррозионный процесс», а для результата процесса — «коррозионное разрушение». Образование гальванических пар с пользой применяют для создания батарей и аккумуляторов. С другой стороны, образование такой пары приводит к неблагоприятному процессу, жертвой которого становится целый ряд металлов, — коррозии. Под коррозией понимают происходящее на поверхности электрохимическое или химическое разрушение металлического материала. Наиболее часто при коррозии металл окисляется с образованием ионов металла, которые при дальнейших превращениях дают различные продукты коррозии. Коррозия может быть вызвана как химическим, так и электрохимическим процессом. Соответственно, различают химическую и электрохимическую коррозию металлов. Типы коррозии Электрохимическая коррозия Разрушение металла под воздействием возникающих в коррозионной среде гальванических элементов называют электрохимической коррозией. Не следует путать с электрохимической коррозией коррозию однородного материала, например, ржавление железа или т.п. При электрохимической коррозии (наиболее частая форма коррозии) всегда требуется наличие электролита (Конденсат, дождевая вода и т. д.), с которым соприкасаются электроды - либо различные элементы структуры материала, либо два различных соприкасающихся материала с различающимися окислительно-восстановительными потенциалами. Если в воде растворены ионы солей, кислот, или т.п., электропроводность ее повышается, и скорость процесса увеличивается. При соприкосновении двух металлов с различными окислительно-восстановительными потенциалами и погружении их в раствор электролита, например, дождевой воды с растворенным углекислым газом CO2, образуется гальванический элемент, так называемый коррозионный элемент. Он представляет собой не что иное, как замкнутую гальваническую ячейку. В ней происходит медленное растворение металлического материала с более низким окислительно-восстановительным потенциалом; второй электрод в паре, как правило, не корродирует. Этот вид коррозии особо присущ металлам с высокими отрицательными потенциалами. Так, совсем небольшого количества примеси на поверхности металла с большим редокспотенциалом уже достаточно для возникновения коррозионного элемента. Особо подвержены риску места соприкосновения металлов с различными потенциалами, например, сварочные швы или заклёпки. Если растворяющийся электрод коррозионно-стоек, процесс коррозии замедляется. На этом основана, например, защита железных изделий от коррозии путём оцинковки — цинк имеет более отрицательный потенциал, чем железо, поэтому в такой паре железо восстанавливается, а цинк должен корродировать. Однако в связи с образованием на поверхности цинка оксидной плёнки процесс коррозии сильно замедляется. Водородная и кислородная коррозия Если происходит восстановление ионов H3O+ или молекул воды H2O, говорят о водородной коррозии или коррозии с водородной деполяризацией. Восстановление ионов происходит по следующей схеме: 2H3O+ + 2e− → 2H2O + H2 или 2H2O + 2e− → 2OH− + H2 Если водород не выделяется, что часто происходит в нейтральной или сильно щелочной среде, происходит восстановление кислорода и здесь говорят о кислородной коррозии или коррозии с кислородной деполяризацией: O2 + 2H2O + 4e− → 4OH− Коррозионный элемент может образовываться не только при соприкосновении двух различных металлов. Коррозионный элемент образуется и в случае одного металла, если, например, структура поверхности неоднородна. Химическая коррозия Химическая коррозия — взаимодействие поверхности металла с коррозионно-активной средой, не сопровождающееся возникновением электрохимических процессов на границе фаз. В этом случае взаимодействия окисление металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают в одном акте. Например, образование окалины при взаимодействии материалов на основе железа при высокой температуре с кислородом: 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3 При электрохимической коррозии ионизация атомов металла и восстановление окислительного компонента коррозионной среды протекают не в одном акте и их скорости зависят от электродного потенциала металла (например, ржавление стали в морской воде). |