설명: War Thunder는 차세대 군사 MMO 게임입니다...
"Titan Siege"는 스칸디나비아와 고대 그리스를 테마로 한 대규모 온라인 게임입니다.
화학에서 연구의 주요 주제는 화학 반응입니다. 화학 반응의 특성과 패턴에 대한 깊은 지식을 통해 화학 반응을 제어하고 새로운 물질 합성에 사용할 수 있습니다. 무기 및 유기 물질의 특성에 대한 후속 연구를 위해서는 화학 반응 과정의 일반적인 패턴에 대한 동화가 필요합니다. 자연에서 발생하고 인간이 실제 활동에서 수행하는 대부분의 화학 과정은 산화 환원 반응입니다. 광합성, 천연 가스 연소, 광석에서 금속 얻기, 암모니아 합성 등의 공정을 예로 들 수 있습니다. 모든 화학 반응의 방정식은 종이에 쓸 수 있지만 이것이 그러한 반응이 실제로 가능하다는 것을 의미하지는 않습니다. 어떤 경우에는 반응이 계속되도록 조건을 변경하는 것으로 충분하고 다른 경우에는 어떤 조건에서도 반응을 강제로 진행시킬 수 없습니다. 산화 환원 반응도 마찬가지이며, 그 과정은 주로 화학 반응 과정에 영향을 미치는 요인에 의해 결정됩니다.
산화 환원 반응의 적용은 엄청납니다. 그들은 물질, 생화학 공정의 정성 및 정량 분석에 사용되어 새로운 중요한 물질. 이러한 반응의 방정식은 복잡성과 특이성으로 인해 흥미롭습니다.
나는 다음과 같은 작업을 스스로 설정했습니다. 이 주제에 대한 관련 과학 문헌을 연구하고, 학교 상황에 가능한 방법론을 실용적인 부분으로 선택하고, 선택한 방법론에 따라 일련의 분석을 수행하고, 이에 대한 적절한 결론을 도출합니다. 주제.
작업은 행정부의 명령에 따라 수행됩니다. 고등학교 №16.
1. 1. 산화 환원 반응에 영향을 미치는 기본 개념 및 요인
1. 1. 1. 기본 개념 및 정의.
시약 간의 양성자(H+) 교환을 기반으로 하는 산-염기 상호작용과 함께 산화환원 상호작용은 자연계에 널리 퍼져 있으며, 이는 시약 간 전자의 재분배를 특징으로 합니다.
산화 환원 반응은 원자 사이의 전자 재분배로 인해 원자의 산화 상태가 변화하여 발생하는 화학 반응이라고합니다.
산화 환원 반응에서 전자는 항상 방출되고 추가됩니다.
산화는 산화 정도의 증가와 함께 물질의 원자에 의해 전자를 방출하는 과정입니다.
예를 들어:
– = – = – =
회복은 산화 정도의 감소와 함께 물질의 원자에 전자를 추가하는 과정입니다.
예를 들어:
산화환원 반응 과정에서 두 과정이 동시에 진행되며, 산화 과정에서 포기한 전자의 총 수는 환원 과정에서 받은 전자의 총 수와 같다.
산화제는 전자를 부착하는 원자를 포함하는 물질입니다. 즉, 산화제는 전자 수용체입니다.
환원제는 전자를 주는 원자를 포함하는 물질, 즉 환원제는 전자를 주는 물질이다.
전자를 받아들이는 산화제는 환원성을 획득하여 공액 환원제로 변합니다. 산화제 + e 공액 환원제
환원제는 전자를 제공하여 산화성을 획득하여 공액 산화제로 변합니다. 환원제 - 전자 공액 산화제
모든 산화환원 반응은 산화와 환원이라는 두 가지 반대 변환의 단일체입니다. 접합된 산화환원 쌍 I 접합된 접합된 산화제 I + 환원제 II 환원제 I 산화제 II 접합된 산화환원 쌍 II
예: 공액 산화 환원 커플 I
공액 산화 환원 커플 II
산화제(환원제)와 그 변형 생성물의 조합은 공액 산화환원 쌍을 구성하고 상호 전환은 환원(산화) 반쪽 반응이다. 모든 산화 환원 반응에서 두 개의 공액 산화 환원 쌍이 참여하며 그 사이에는 전자에 대한 경쟁이 있으며 그 결과 두 개의 반쪽 반응이 발생합니다. 하나는 전자 추가, 즉 환원과 관련되고 다른 하나는 전자 방출과 관련됩니다. 즉, 산화.
그래서, 반응에서:
쌍이 관련되고 표시된 반쪽 반응이 진행됩니다.
그리고 반응에서:
+ + + ; 쌍이 관련되고 반쪽 반응이 진행됩니다.
을 위한 정확한 표기법공액 산화환원 쌍의 산화형을 먼저 쓰고 그 다음에 물질의 환원형을 쓴다.
다른 화학 반응과 마찬가지로 산화 환원 반응에서 물질의 상호 작용은 등가 법칙을 따릅니다.
산화제 또는 환원제의 등가물은 입자(실제 또는 조건부)이며, 각각 전자 하나를 부착하거나 포기합니다.
산화제 또는 환원제의 몰 질량 당량 1/z M(X)는 몰 질량 M(X)에 주어진 반응에서 당량 인자 1/z를 곱한 것과 같습니다.
산화제 또는 환원제의 당량 계수는 1/z와 같습니다. 여기서 z는 산화제 또는 환원제의 한 입자(분자, 원자, 이온)에 의해 허용되거나 제공되는 전자의 수입니다. 따라서 산화제 또는 환원제의 몰 질량 당량은 다음 방정식으로 계산됩니다.
M(1/z X) = M(X)/z
1. 1. 2. 산화 환원 반응 과정에 영향을 미치는 요인. 산화 환원 반응 과정의 특성은 상호 작용하는 물질의 화학적 특성과 반응 조건에 따라 다릅니다.
시약 농도:
+ (희석) + 산화제;
+ (농축) + + 산화제;
반응 온도: 저온 + + + ; 가열될 때 + + + ;
촉매 존재: 촉매 없음 + + ; 촉매 + + ;
환경의 성질의 영향: 산성 환경
+ - + ; 중립적인 환경
+ - +; 알칼리성 환경
위의 반쪽 반응 분석에서 알 수 있듯이 수용액에서 발생하는 산화 환원 반응은 종종 물 또는 그 이온을 포함하며, 이는 환원제에서 산화제로 전자를 전달하는 데 기여할뿐만 아니라 구성 요소를 결합시킵니다. 이러한 변환의. 이것은 수용액에서 항상 발생하는 생화학적 산화환원 반응에 특히 중요합니다.
산화 환원 반응의 자발적 발생 방향을 결정하는 기초는 다음 규칙입니다.
산화환원 반응은 항상 강한 산화제가 약한 공액 환원제로, 강한 환원제가 약한 공액 산화제로 변하는 방향으로 자발적으로 진행됩니다.
이 규칙은 산-염기 변환의 방향을 결정하는 규칙과 유사합니다.
주어진 공액 산화환원 쌍의 산화환원 능력의 정량적 측정은 환원 전위의 값이며, 이는 다음에 따라 달라집니다.
주어진 접합체 쌍의 산화 및 환원 형태의 특성;
주어진 공액 쌍의 산화 및 환원 형태의 농도 비율;
온도.
이온이나 산화제 또는 환원제의 전환에 관여하는 경우 용액의 pH에 따라 달라집니다. 표준 조건에서 취하는 값: 물 이온(산성 환경에서) 및 (알칼리성 환경에서)을 포함하여 반응에 관련된 모든 성분의 농도는 1mol/l, 298K의 온도라고 합니다. 표준 감소 가능성이 표시됩니다. 값은 표준 조건에서 주어진 공액 산화환원 쌍의 산화환원 특성의 정량적 특성입니다.
공액 산화환원 쌍에 대한 전위의 절대값을 결정할 방법은 없습니다. 따라서 참조 쌍 +에 대한 공액 쌍의 전위를 특성화하는 상대 값이 사용되며, 그 전위는 표준 조건에서 조건부로 0((,) =)으로 가정됩니다.
산화환원 쌍은 참조 쌍의 수소 양이온보다 산화된 형태가 전자를 더 쉽게 부착하는 양의 값을 갖는다. 산화환원 쌍은 음의 값을 가지며, 산화된 형태가 참조 쌍보다 전자를 부착하기가 더 어렵습니다. 결과적으로, 주어진 공액 산화환원 쌍의 값이 클수록(즉, 더 긍정적이면) 산화 특성이 더 뚜렷하고 환원 특성이 각각 더 약해집니다.
산화환원 반응의 본질은 참여하는 산화제 사이에 전자를 추가하기 위한 경쟁입니다. 이 경우 전자는 켤레 쌍에 부착되며, 산화된 형태는 전자를 더 강하게 유지합니다. 이는 다음 다이어그램에 반영됩니다.
복원 I ok-l I + + ok-l II 복원 II
산화 환원 이동
산화 환원 반응에 관여하는 켤레 쌍의 전위를 비교하면 이 또는 저 반응이 자발적으로 진행될 방향을 미리 결정할 수 있습니다.
두 개의 공액 산화환원 쌍의 상호작용에서 산화제는 항상 전위가 더 긍정적인 쌍의 산화된 형태일 것입니다.
예시. 반응 혼합물에는 2개의 공액 산화환원 쌍이 포함되어 있습니다.
첫 번째 쌍에는 두 번째 쌍()보다 더 강한 산화제()가 포함되어 있으므로 표준 조건에서 반응은 자발적으로 진행되어 산화제와 환원제가 됩니다. + = +.
산화 환원 반응의 방향을 결정하기 위해 EMF 값을 사용할 수도 있습니다.
표준 조건(E°)에서 산화환원 반응의 EMF는 반응에 관련된 공액 산화환원 쌍의 표준 전위차와 수치적으로 동일합니다. E° = –.
산화 환원 반응의 자발적 발생 조건은 EMF의 양수 값, 즉 E ° \u003d -\u003e 0입니다.
이 조건을 고려하여 자발적 산화환원 반응의 경우 산화제로 작용하는 산화환원 쌍의 값은 다음과 같아야 합니다. 1초 이상이 반응에서 환원제의 역할을 하는 산화환원 쌍. 따라서 위의 예에서:
E° = - = 0.54 - 0.17 = 0.37B
E°=0이면 산화환원 반응은 순방향과 역방향 모두에서 동일하게 일어날 가능성이 있으며 이것이 산화환원 과정에 대한 화학적 평형이 발생하기 위한 조건이다. 모든 가역적 과정의 양적 특성은 평형 상수 K이며, 이는 다음 관계에 의해 표준 깁스 에너지의 변화와 관련됩니다.
∆G = -2.3RT logK
반면에 표준 깁스 에너지의 변화는 다음 관계식으로 산화환원 반응의 EMF와 관련이 있습니다.
ΔG = –zFE 여기서 F = 96 500 C/mol; z는 기본 과정에 관련된 전자의 수입니다.
이 두 방정식에서 다음과 같습니다.
E ° \u003d (2.3RT log K) / (zF) 또는 log K \u003d (zFE) / (2.3RT)
이러한 식을 사용하면 모든 산화환원 반응의 평형 상수를 계산할 수 있지만 EMF가 0.35V 미만인 반응에 대해서만 실제 값을 갖게 됩니다. 왜냐하면 높은 EMF에서 반응은 실질적으로 비가역적인 것으로 간주되기 때문입니다. 살아있는 시스템에서 발생하는 산화 환원 반응의 개별 단계의 EMF는 일반적으로 0.35V (E °
산화 환원 반응은 모든 유기체의 신진 대사의 기초입니다. 호기성 대사의 경우 주요 산화제는 호흡 중에 공급되는 분자 산소이고 환원제는 음식과 함께 공급되는 유기 화합물입니다. 혐기성 대사에서는 주로 유기 화합물이 산화제이자 환원제인 산화환원 반응을 기반으로 합니다.
1. 3. 유기체에서 생화학적 산화환원 과정의 특징
속도와 깊이가 신체에 의해 제어되는 모든 생화학 적 산화 환원 과정은 oxidoreductase라는 일반 이름을 가진 효소의 존재하에 수행됩니다. 산화환원효소는 항상 보조인자 또는 보조효소를 포함합니다. 보조인자는 전이 금속 양이온(보통 철과 구리, 때로는 망간과 몰리브덴)으로 효소 단백질과 복합 화합물을 형성합니다. 조효소는 효소 단백질에 단단히 결합된 복잡한 유기 화합물입니다. 보조 인자와 보조 효소의 주요 특징은 산화제와 환원제 모두가 될 수 있다는 것입니다. 각각은 산화 및 환원의 두 가지 접합 형태가 될 수 있기 때문입니다. 따라서 산화환원효소는 보조인자 또는 보조효소를 희생시키면서 산화환원 특성을 나타냅니다.
호기성 및 혐기성 조건에서 복합 유기 화합물 분자의 분해의 최종 생성물의 조성은 위의 반응에서 알 수 있듯이 탄소 함유 생성물의 경우 크게 다릅니다. 호기성 산화 동안 이러한 생성물은 오직 다음만을 포함하며 혐기성 조건에서는 탄소 원자가 광범위한 산화 상태를 가질 수 있는 탄소 함유 생성물이 형성됩니다.
호기성 소화 산물(산소 과잉) 초기 유기 물질 ++++++ 혐기성 소화 산물(산소 부족)
유기 화합물의 생물학적 산화 동안 다른 모든 원자(수소, 질소 및 황)의 산화 상태가 일정하게 유지되기 때문에 구성 탄소 원자의 산화 상태만 변한다는 것을 다이어그램에서 볼 수 있습니다. 따라서 유기 화합물의 변형을 설명할 때 각 탄소 원자의 산화 정도를 고려해야 합니다.
1. 3. 1. 단계적 생화학적 산화환원 반응. 생화학적 산화-환원 반응의 특징은 다단계 특성입니다. 즉, 다양한 중간 생성물이 형성됩니다. 또한 모든 생화학 적 산화 환원 과정 : 해당 과정, 지방산의 β 산화, Krebs주기, 산화 적 인산화 및 기타 - 여러 단계가 포함되며 각 단계는 특정 효소의 작용하에 수행됩니다. 이 과정의 각 단계에 필요한 모든 효소는 분자간 결합으로 인해 명확한 공간 구성을 가진 앙상블로 결합됩니다. 일반적으로 효소 앙상블은 다양한 세포막에 고정되어 있습니다. 시간과 공간에서 조정된 앙상블의 모든 효소의 작용 결과로 기질의 화학적 변형은 컨베이어 벨트에서와 같이 점진적으로 수행됩니다. 이 경우 한 단계의 반응 생성물이 다음 단계의 출발 화합물이 됩니다.
생화학적 산화환원 반응 발생의 단계적 메커니즘은 각 단계에서 물질 형성의 기능적 제어 가능성을 생성합니다.
따라서 신체는 바람직하지 않은 대사 과정의 변화를 방지합니다. 이는 발생하는 경우 다단계 과정으로 인해 갑자기가 아니라 원활하게 점진적으로 발생합니다. 생화학적 산화환원 반응의 그라데이션으로 인해 개별 단계의 가역성이 더 높아집니다. 이것은 평형, 자발적 흐름을 향한 반응을 제공하고 신체의 산화환원 항상성을 유지하는 데 도움이 됩니다.
1. 3. 2. 정상적인 회복 가능성. 살아있는 유기체에서 생화학적 산화환원 과정의 특징 중 하나는 대부분이 중성에서 진행된다는 것입니다. 수중 환경. 따라서, 천연 접합 쌍의 산화 환원 특성을 특성화하기 위해 pH = 0 또는 pH = 14(pOH = 0)에 해당하는 표준 전위 값 대신 1M 농도의 성분 및 pH = 7.0에서 사용됩니다. 이러한 조건에서 수소 전극 (,) \u003d - 0.42V의 전위 값과 화합물의 정상 및 표준 환원 전위 값 사이의 비율은 다음 방정식으로 표현됩니다. \u003d - 0.42.
모든 천연 공액 산화환원 쌍은 -0.42 + 0.82V 범위의 전위를 가지며, 이는 물의 전기화학적 안정성을 특징으로 합니다. -0.42V 미만의 전위에서 물의 환원은 분자 수소의 형성으로 시작되고 + 0.82V 이상의 전위에서 물은 분자 산소의 형성과 함께 산화됩니다.
1. 3. 3. 생물학적 산화 반응의 외력. 생물학적 산화 반응은 발열적이며 다양한 생명 과정에 필요한 에너지원으로 작용합니다. 따라서 생물학적 산화의 많은 반응은 ADP의 인산화와 ATP 형성과 관련이 있으며 결과적으로 체내 산화 환원 반응의 에너지 축적이 발생합니다. 동시에 신체에서 일부 산화 반응은 엔데고닉인 환원 반응과 관련이 있습니다.
1. 3. 4. 생화학적 산화환원 과정의 분류. 생화학 문헌에서 생물학적 산화는 기질과 산소 및 그 유도체의 상호작용 또는 기질의 탈수소화와만 연관되어 있다고 널리 알려져 있습니다. 실제로 이러한 과정 외에도 매우 큰 숫자효소의 존재하에 분자 내에서 일어나는 생화학 반응은 산화 환원 특성을 가지고 있습니다. 따라서 체내에서 일어나는 산화환원 과정은 다음과 같이 분류할 수 있다.
1. 탄소 원자로 인한 분자내 및 분자간 산화환원 불균일 반응.
2. 산화환원효소의 참여로 발생하는 반응:
탈수소효소 산화환원;
옥시게나제 산화 환원.
3. 자유 라디칼 산화 환원.
1. 4. 건강에 대한 산화제 및 환원제의 사용
많은 강력한 산화제: 과망간산 칼륨 KMnO4, 과산화수소 H2O2, 요오드 용액, 표백제 CaClOCl, 염소 및 오존(물의 염소화 및 오존화용)은 강력한 산화 특성으로 인해 의료 실습에서 살균제로 널리 사용됩니다. 그들은 효과적으로 미생물을 파괴합니다.
질소 산화물, 오존, 염소, 브롬, 질산염 및 아질산염, 크롬산염 및 중크롬산염의 독성 효과는 산화 특성과 관련이 있습니다. 산화제 또는 환원제에 의한 중독의 경우 산화 환원 반응을 사용하여 중화합니다. 따라서 황화수소 (강한 환원제)로 중독 된 경우 피해자는 반응이 진행되는 동안 소량의 염소가 방출되는 약간 축축한 표백제를 호흡 할 수 있습니다.
브롬 증기(강한 산화제)로 중독된 경우 암모니아 증기를 흡입할 수 있습니다.
의약 및 예방 제제에서 항산화제로서 다양한 환원제의 사용은 이전 섹션에서 고려되었습니다.
산화환원 반응은 혈액 내 칼슘 이온, 요산, 콜레스테롤, 설탕, 카탈라아제 및 과산화효소 효소를 결정하기 위해 임상 분석에 널리 사용되는 망간 분석, 요오드 측정, 크로마토그래피와 같은 산화 측정 방법의 기초가 됩니다. 위생 및 위생 관행에서 이러한 방법은 물의 산화 가능성, 가정 및 식수 내 "잔류" 염소 함량, 소독제(표백제 및 클로라민)의 "활성" 염소 함량을 결정하는 데 사용됩니다.
따라서 신체의 산화 환원 과정은 에너지와 필요한 대사 산물을 공급하고 생명의 조절 메커니즘에 참여하는 매우 중요한 역할을 합니다. 신경 체액 조절 덕분에 산화제, 환원제 및 살아있는 유기체에서의 상호 작용 산물의 함량 사이에 놀라운 균형이 달성되어 산화 환원 항상성의 상태를 보장합니다.
1. 5. 산화환원
적정(산화환원 측정)
이론적 근거
1. 5. 1. 산화환원법. 산화 환원 반응은 산화 환원 적정 방법 또는 산화 환원 측정이라고하는 적정 분석 방법 그룹의 기초를 형성했습니다. 반응 유형 및 작업 용액에 따라 다음과 같은 방법이 구별됩니다. permanganometric 적정 - 적정 용액; 요오드 적정 - 요오드와의 상호 작용 기반; bromatometric 적정 - 적정 용액; 이색성 적정 - 적정 용액; 질산염 적정 - 적정 용액. 산화환원 적정에서 적정제로 산화제 및 환원제의 용액이 사용됩니다. 조건에 따라 산화제와 환원제는 다른 수의 전자가 전달되는 반응에 들어갈 수 있으므로 종종 산화제와 환원제는 일정한 등가물을 갖지 않습니다. 예를 들어, 산성 환경에서는 5개의 전자를 부착하고 (E = M / 5 = 31.68)로 환원되고, 알칼리성 환경에서는 1개의 전자를 부착하고 중성에서 - (E = M = 158.04)로 환원됩니다. 하나 - 3개의 전자를 붙이고 (E = M / 3 = 52.68)로 복원됩니다.
Permanganatometric 적정
주요 반응. Permanganometric 적정에서는 적정제가 사용됩니다 - 과망간산 칼륨 용액. 과망간산 칼륨 용액으로 적정은 H2SO4가있는 산성 환경에서 가장 자주 수행되며 반쪽 반응이 발생합니다.
E = 1.52V; = 31.608.
적정제 준비. KMnO4 용액은 일반적으로 0.1N으로 준비됩니다. 1 dm3의 용액을 준비하기 위해 3.161g을 약간 넘는 샘플을 채취합니다.KMnO4는 강력한 산화제이며 다양한 환원 물질 (유기 암모니아 불순물)이있는 경우 용액의 농도를 변경할 수 있습니다. KMnO4용액을 조제할 때 물에 포함된 불순물로 모든 산화환원과정을 거치고 먼지와 함께 용액에 갇히기 위해 어두운 곳에서 며칠 동안 보관합니다. 침전 후에야 KMnO4 용액의 농도가 일정해지고 용액이 표준화됩니다.
적정제 표준화. KMnO4 용액은 옥살산에 대해 표준화되었습니다. 황산 매질에서 H2C204는 다음 방정식에 따라 KMn04와 반응합니다.
이 반응에서 옥살산과 과망간산칼륨의 당량은 다음과 같습니다. =126.04/2=63.04; = 31.608. 100 cm3 0.1 N의 제조를 위한 옥살산의 일부. 용액은 0.6304g, 250cm3 0.1n을 준비합니다. 1.6760g의 용액 적정제는 이 방법의 지표 역할을 하며, 약간 초과하면 적정 용액이 다음과 같이 변합니다. 핑크색, 따라서 KMnO4 용액으로 적정은 핑크색분석된 솔루션입니다. KMnO4(및 기타 산화제) 용액으로 적정할 때 유리 탭이 있는 뷰렛이 사용됩니다. 고무 튜브가 있는 뷰렛의 사용은 고무가 산화되고 KMnO4 용액이 결국 농도를 변경하기 때문에 허용되지 않습니다. 뷰렛의 벽에 갈색 이산화망간 코팅이 나타나므로 KMnO4 용액을 뷰렛에 오랫동안 두지 않는 것이 좋습니다. 뷰렛은 HCl 및 H2C2O4 용액으로 쉽게 씻어낼 수 있습니다. KMnO4 용액의 농도를 정기적으로 확인합니다.
신청. Permanganometric 적정은 과산화수소 H2O2, 과산화 마그네슘 MgO2 + MgO, 아질산 나트륨 NaNO2, 환원 철과 같은 환원제를 분석하는 데 사용됩니다.
예를 들어, 과산화수소의 측정은 산성 환경에서 수행됩니다. ++ ++(g)+
약물의 정확한 부피(10 cm3)를 메스플라스크에서 100 cm3로 희석합니다. 이 액 10 cm3에 묽은황산 5 cm3를 넣고 0.1 N으로 적정한다. 희미한 분홍색이 나타날 때까지 KMnO4. 분석물에 대한 KMnO4 용액의 역가는 TKMnO/n2O2 = 0.001701g/cm3입니다.
때때로 역적정에 의해 물질을 결정하기 위해 KMnO4 용액이 사용됩니다. 예를 들어, 아질산나트륨은 용액에 0.1N 과량을 추가하여 분석합니다. KMnO4와 황산. NaNO2는 KMnO4에 의해 NaNO3로 산화됩니다. KMnO4의 초과량은 iodometrically 결정됩니다. KI를 용액에 첨가하면 KMnO4가 KI를 I2로 산화시키고 O.1 N으로 적정합니다. Na2S2O3 용액:
요오드 적정
방법의 기초. Iodometry는 유리 요오드가 요오드가 되는 환원 반응과 요오드가 유리 요오드로 산화되는 반응(역반응)을 기반으로 합니다.
+ ; EI/I= +0.535V.
Iodometric 적정은 산화제와 환원제를 모두 결정합니다. 반응은 중성 환경에서 수행됩니다. 알칼리성 또는 산성 환경에서는 이상 반응. 산성 환경에서 KI는 불안정한 HI를 형성하고 빛의 영향으로 유리 요오드를 방출합니다. 강한 알칼리성 환경에서 I2는 차아요오드화물을 형성합니다.
적정제. 티오황산나트륨과 요오드 0.1 및 0.01N 용액을 적용합니다. 집중. 티오황산나트륨 용액은 유리 요오드를 적정하는 데 사용됩니다.
이 반응 동안, 요오드는 요오드화물 이온으로 환원되고, 티오황산염 이온은 테트라티오네이트 이온 SO로 산화된다. = 126.9; == 248.2. 요오드는 물에 약간 용해되며, 그 용액은 수용성 복합체를 형성하는 KI의 존재하에 준비됩니다.
요오드의 일부는 불순물의 존재 가능성을 고려하여 계산된 것보다 약간 더 많이 취하며, 요오드는 휘발성이며 칭량 중에 휘발될 수 있으므로 칭량 및 요오드 용액 준비의 모든 작업은 칭량 병을 사용하여 수행됩니다 그리고 최대한 빨리. 요오드(13g)를 달아 3중(물 50cm3당 KI 39g)의 농축액에 녹이고 요오드를 완전히 녹인 후 물을 넣은 메스플라스크에 가한다. 1000cm3까지. 조제된 요오드용액의 농도는 티오황산나트륨용액에 따라 정하고 요오드용액 15-20 cm3를 0.1N으로 적정한다. 티오황산염 용액. 전분 용액은 지표로 사용되며 당량점에 도달하면 파란색이 흐려집니다. 0.1 n. 티오황산나트륨 용액은 대략 0.1mol과 동일한 Na2S2O3∙5H2O 샘플의 무게를 달아 준비합니다. 시료를 물 500cm3에 녹이고 Na2CO3 0.1g을 가하고 물로 1000cm3로 조정한다. Na2CO3는 공기의 O2 및 CO2와 상호 작용하는 Na2S2O3를 안정화하기 위해 추가됩니다.
Na2CO3가 있으면 이러한 반응이 느려집니다. 조제 후 티오황산나트륨 용액은 용액의 농도가 안정되도록 암소에 7~10일간 방치한다. Na2S2O3 용액의 역가와 정상도는 중크롬산칼륨을 사용하여 결정합니다. 중크롬산칼륨은 요오드화칼륨에서 요오드를 정량적으로 방출하고 방출된 요오드는 티오황산나트륨 용액으로 적정합니다.
일정한 질량으로 건조된 K2Cr2O7 약 0.15g(정량)을 마개가 있는 플라스크에 물 50cm3에 녹이고 20% KI 용액 10cm3, 염산 용액 5cm3를 가한다. 암소에서 10분간 방치한 후 물 200cm3를 가하고 녹황색이 될 때까지 Na2S2O3용액으로 적정한다. 그 다음 녹말용액 2~3cm3를 넣고 액의 청색이 연한 녹색으로 변할 때까지 적정한다. Na2S2O3 용액의 부피는 역가, 정규성 또는 보정 계수를 계산하는 데 사용됩니다. 요오드 및 티오황산나트륨 용액은 밀폐된 병에 담아 어두운 곳에 보관하고 농도를 주기적으로 확인합니다. 이 방법의 지시약은 1 % 전분 용액으로, 5cm3의 찬물과 함께 절구에 1g의 전분을 갈아서 준비하고 혼합물을 100cm3의 끓는 물에 저어 붓습니다. 2~3분 끓인 후 용액을 식힌다. 전분 용액은 빠르게 변질되며 2-3일 이상 사용할 수 없습니다. 보존을 위해 살리실산 또는 ZnCl2 1g을 첨가합니다. 5 cm3의 전분 용액을 0.1 N 2방울과 함께 투여한다. 요오드 용액이 파란색으로 변합니다. 색상이 적갈색으로 변하면 용액을 사용하기에 적합하지 않습니다. 전분 용액은 농축 요오드 용액에 첨가할 수 없습니다. 파란색의 착색은 오랫동안 사라지지 않습니다. 전분 용액은 대부분의 요오드가 적정되고 용액이 노란색으로 변할 때 적정이 끝날 때 추가됩니다.
iodometry의 사용. 요오드, 과망간산칼륨, 비산나트륨, 칼로멜, 황산구리 및 많은 유기 약물(포알린, 안시린 등)은 요오드 측정법에 의해 무기 화합물에서 분석됩니다. 요오드 및 요오드 팅크는 Na2S2O3 용액으로 직접 적정하여 분석합니다. 요오드 분석은 다음과 같이 수행된다. 막자사발에 갈아 요오드 약 0.2g을 가하여 20% 요오드화칼륨용액 10cm3를 가한 플라스크에 넣고 다시 무게를 단다. 요오드의 휘발을 피하기 위해 요오드 샘플을 채취하는 이 방법이 채택되었습니다. 용액을 20 cm3로 희석하고 0.1 N으로 적정한다. 노란색이 될 때까지 티오황산나트륨 용액. 녹말용액 1cm3를 가하면 액이 청색이 되고 무색이 될 때까지 적정한다. =0.01269g/cm3.
역적정은 Hg2Cl2 칼로멜, 포름알데히드 및 안티피린의 분석에 사용됩니다. 칼로멜은 0.1N을 추가하여 분석합니다. 요오드 용액과 요오드화 칼륨. 이 경우 Hg2는 Hg로 산화됩니다. 과량의 미반응 요오드는 0.1N으로 적정한다. Na2S2O3 *=0.01261g/cm의 용액.
치환기의 적정에 의해 과망간산칼륨, 비산나트륨, 황산구리가 결정됩니다. 예를 들어, KMnO4는 메스플라스크에 물에 정확한 무게를 녹여 분석하고, 20% KI 용액을 용액의 일부에 첨가하고 10분 동안 방치한 후 방출된 요오드를 0.1N으로 적정한다. Na2S2O3 용액 * = 0.003161g/cm3.
브로마토메트릭 및 브로모메트릭 적정
브로마토메트릭 적정. 산성 매질에서 브롬화물 이온이 브롬화물 이온으로 환원 반응을 기반으로:
1.44B; = = 27.836.
적정제. 산성 환경에서 강한 산화제 중 하나인 브롬산칼륨 KBrO의 0.1 H 용액을 사용합니다. 브롬산칼륨 2.8g(정확히 칭량)을 ~500cm3의 H2O에 용해시키고 메스플라스크의 용액 부피를 1dm3로 조정한다. 용액의 역가 및 정상도는 치환기 적정에 의해 요오드 측정법으로 설정됩니다. HCI가 있는 상태에서 KBrO3는 KI와 정량적으로 상호작용하여 원소 요오드 I을 방출합니다.
방출된 요오드는 0.1N으로 적정된다. 전분의 존재하에 변색될 때까지 Na2S2O 용액.
이 방법은 브롬산칼륨과 브롬화칼륨의 상호작용 중에 방출되는 브롬에 의해 당량점에서 탈색되는 메틸 오렌지 및 메틸 레드 지시약을 사용하며, 이는 분석 용액에 추가됩니다.
신청. 비소 - 무수 비소, novarsenol, miarsenol 및 osarsol을 포함하는 제제는 bromatometric 적정으로 분석됩니다. 예를 들어, 무수 비소(0.1g)를 수산화나트륨(2-3cm3) 용액에 녹이고 물 50cm3, 진한 황산(10cm3) 및 브롬화칼륨(0.6g)을 용액에 첨가합니다. 용액을 끓을 때까지 가열하고 0.1N으로 적정한다. 브롬산칼륨 용액. 지시약은 메틸 레드입니다. 용액이 무색이 될 때까지 적정한다. 무수 비소는 브롬산칼륨에 의해 HAsO4로 산화됩니다.
당량점에서 과잉 브롬산칼륨은 브롬화칼륨과 반응하여 유리 브롬을 방출하여 지시약을 변색시킵니다. = 0.004946g/cm3.
브로모메트릭 적정. 브롬산칼륨과 브롬화칼륨의 상호작용을 기반으로 합니다. 이 반응 동안 방출된 유리 브롬은 산화제의 특성을 가지며 브롬화물 이온으로 환원될 수 있습니다.
원소와 브롬은 많은 유기 화합물, 특히 페놀, 레조르시놀, 티몰, 살리실산과 같은 페놀 그룹을 정량적으로 브롬화합니다. 예를 들어, 티몰 브롬화 반응은 다음과 같습니다.
HC-CH-CH HC-CH-CH
bromatometric 적정 동안 물질의 샘플이 물에 용해되고 KBr 용액이 추가됩니다. 생성된 혼합물을 0.1 N으로 적정하였다. KBrO3 솔루션. 러시아에서는 페놀과 레조르시놀을 결정하기 위해 치환기 적정이 사용됩니다. 어떤 물질의 용액에 0.1N의 일정 부피가 혼합되어 있습니다. KBrO3, KBr 및 HCl을 추가합니다. 혼합물을 10분 동안 방치하는 동안 물질은 방출된 브롬에 의해 브롬화됩니다. 미반응 브롬의 과량은 혼합물에 KI 용액을 첨가하여 결정합니다. 브롬은 Na2S2O3 용액으로 적정된 Cl에서 요오드를 정량적으로 대체합니다.
질소 적정
아질산염 측정의 기초. 유기 아민과 NaNO는 디아조 화합물을 형성합니다.
아질산나트륨을 사용한 유기 아민의 디아조화는 정량적이며 분석에 널리 사용됩니다. 약아미노 그룹이 있음 : - streptocide, sulfacyl, norsulfazol, etazol, sulfadimezin, anesthesin, novocaine 및 기타.
적정제. 0.5M 및 0.1M NaNO 용액이 사용되며, 이것은 36.5g의 NaNO2(0.5M 용액의 경우) 또는 7.3g(0.1M 용액의 경우)을 100cm3의 물에 용해시켜 제조합니다. NaNO2 용액은 sulfanilic acid에 대해 표준화되었습니다.
NaNO + 2HCl + NaCl + 2H2O
정량의 술파닐산을 재결정하여 일정한 중량으로 건조하고 소량의 NaHCO3(또는 NH3용액)를 물에 녹이고 HCl, KBr을 가하고 ODM을 교반하면서 적정한다. 나노2. 적정 속도는 처음에는 2cm3/min, 적정이 끝나면 0.05cm3/min으로 느려야 합니다. 디아조화 반응은 느리고 브롬화칼륨을 첨가하여 속도를 높입니다.
지표. 질산염 측정법에서는 외부 지표가 사용됩니다. 요오드화 전분 종이는 여과지에 KI와 전분 용액을 함침시켜 만든 다음 종이를 건조시킵니다. 당량점에서 과량의 NaNO2가 산성 환경에서 용액에 나타나 전분 요오드화물 종이의 K1과 상호 작용합니다. 이 경우 원소 요오드가 방출되어 전분을 파란색으로 채색합니다.
전분 요오드화물 종이는 외부 지표이며 적정 용액에 담글 수 없습니다. 적정이 끝나면 적정제의 각 부분을 추가한 후 적정 혼합물의 한 방울을 요오드화 전분지에 적용합니다. 등가점에서 종이는 파란색으로 변합니다. 동시에 제어 실험을 수행합니다.
질산 측정의 내부 지표로 산화 환원 지표가 사용됩니다 - tropeolin 00, tropeolin 00과 메틸렌 블루의 혼합물. tropeolin 00을 사용할 때 당량점에서 용액의 색상은 빨간색에서 노란색으로, tropeolin 00과 메틸렌 블루의 혼합물은 라즈베리에서 파란색으로 바뀝니다. 질산염법에 의한 분석은 설파닐산의 측정과 유사하게 수행된다.
1. 5. 2. 산화환원 측정의 적용 가능성. 산화환원 측정 과정에서 적정 가능한 산화환원 쌍의 산화환원 전위 E는 지속적으로 변화하며, 이는 Nernst 방정식에 의해 산화(대략) 및 환원(환원) 형태의 비율로 결정됩니다.
E= E° ± 0.059/n*lg, 여기서 E°는 주어진 쌍의 표준 산화환원 전위입니다. n은 반응에 관여하는 전자의 수이고,
반응하는 산화 환원 쌍의 전위 값을 통해 산화 환원 적정을 사용할 가능성을 결정할 수 있습니다. 분석물의 결합 완성도를 99.99%로 설정하면 시스템에서 당량 시의 균형은 초기 양의 1*10-4(100%의 0.01%)입니다. 상호 작용의 동등성을 고려하면 산화 환원 반응의 평형 상수는 1 * 108 이상의 값을 가져야 하며 반응의 EMF는 ok1 + vos2 ok2 + vos1 값에 의해 결정됩니다. 케이 =
n=1에서 EMF= n=2에서
1. 5. 3. 적정 곡선. Nernst 방정식을 사용하여 적정 순간에 대한 전위 값을 계산하고 추가된 적정제의 부피에 대한 적정 산화환원 쌍 E의 전위 의존성을 나타내는 적정 곡선을 구성할 수 있습니다. 산성 매질에서 KMnO4 용액과 FeSO4 용액에 대한 적정 곡선의 예가 그림 1에 나와 있습니다. 20. 적정 곡선에서 당량점 영역에서 Fe3 + / Fe2 + 시스템의 전위가 점프합니다. 당량점에서 시스템의 산화 전위는 1.38V입니다. 적정 곡선을 사용하면 적정 과정을 분석하고 적정 점프 전위의 경계를 강조 표시하며 산화환원 적정 표시기를 선택할 수 있습니다.
1. 5. 4. 지표. 산화 환원 방법에는 여러 유형의 지표가 사용됩니다. b) 과량의 시약이 용액에 나타나거나 분석 물질이 사라질 때 색상이 변하는 표시기 - 특정 표시기.
산화 환원 지표. 그들은 산화 및 환원의 두 가지 형태로 존재하며 한 형태의 색상이 다른 형태와 다릅니다. 한 형태에서 다른 형태로 표시기의 전환 및 색상 변화는 표시기의 특정 색상 전환 전위에서 발생하며, 오류를 줄이려면 적정 점프 한계 내에 있어야 합니다.
디페닐아민. 산화제 적정에 사용:
1. 복원된 모양
2. 산화된 공식
디페닐아민 1은 파란색을 띠는 디페닐벤지딘 바이올렛 2로 산화됩니다. 색전이전위, E0 = 0.76 V. 농축된 H2SO4의 지시약이 사용된다.
페닐안트라닐산은 구조가 디페닐아민과 유사합니다. 환원형에서는 지시약이 무색이고 산화형에서는 적자색입니다. 색상 전이 전위 E°=1.08V. H2SO4 용액으로 적용.
특정 지표. 전분은 유리 요오드의 존재를 나타내는 지표입니다. 유리 요오드가 있으면 전분은 실온에서 파란색으로 변하고 전분의 파란색은 분자에 요오드가 흡착되어 있기 때문입니다.
암모늄 티오시아네이트. Fe3+ 염의 적정에 사용됩니다. 당량점에서 사용하면 적정액이 적색에서 무색으로 변한다.
2. 실용부
나는 실험실에서 permanganometric 적정, 요오드 팅크의 요오드 양을 결정하기 위한 iodometric 적정, 레조르시놀을 결정하기 위한 bromatometric 적정, 수돗물의 산소량을 결정하기 위한 중크롬산염 산화성을 사용하여 과산화수소 용액의 정량 분석을 수행하기로 결정했습니다.
2. 1. Permanganometric 적정
2. 1. 1. 250 cm3 0.1 N의 준비 과망간산칼륨의 적정 용액. 0.8g의 KMnO4를 테크니컬 저울로 달아 뜨거운 물에 녹이고 식힌 다음 실린더에 물을 넣어 250cm3로 만든다. 용액을 어두운 곳에 7일 동안 방치한 다음 유리 필터 또는 유리솜으로 여과합니다. 어두운 장소에서 마개가있는 병에 용액을 보관하십시오. 솔루션의 표준화는 일주일에 한 번 이상 수행됩니다.
표준화 0.1 n. 과망간산 칼륨 용액. KMnO4 용액은 옥살산 또는 옥살산나트륨과 관련하여 표준화되어 있습니다. 시계유리에 옥살산 0.63g을 넣고 칭량한 시계유리를 달아 100cm3의 메스플라스크에 삽입한 깔때기에 옥살산을 넣고 다시 무게를 잰다. 메스플라스크에 증류수 50cm3를 넣고 깔때기의 가루를 씻어내고 옥살산을 녹여 100cm3로 한다. 솔루션의 정규성을 계산합니다. 150-200cm3의 원뿔형 플라스크에 준비된 옥살산 용액 20cm3, 2N의 20cm3를 측정합니다. 30초 이내에 사라지지 않는 옅은 분홍색이 나타날 때까지 H2SO4와 KMnO4 용액으로 적정한다. 대략적인 세 가지 정확한 적정이 수행됩니다. 산술 평균, 역가, 정규성 및 0.1n의 수정을 계산합니다. KMnO4 용액.
2. 1. 2. 용액 내 과산화수소 함량 측정. 작업을 위해 5 % 과산화수소 용액이 사용됩니다. 과산화수소수 10 cm3를 달아 메스플라스크에 넣어 100 cm3로 한다. 이 용액 10 cm3를 적정 플라스크에 붓고 묽은 H2SO4 5 cm3를 넣고 0.1 N으로 적정한다. 30초 이내에 사라지지 않는 분홍색이 나타날 때까지 KMnO4 용액. 적어도 세 번의 적정이 수행되고 산술 평균과 과산화수소의 백분율이 계산됩니다. = 0.001701g/cm3.
2. 2. 요오드 적정
2. 2. 1. 0.1N의 준비 적정 티오황산나트륨 용액 및 전분 용액. 티오황산나트륨 6.25g을 공업용 저울로 달아 새로 준비하여 냉각한 증류수 250cm3를 플라스크에 녹인다. 용액은 소다 석회가 든 튜브가 장착 된 마개로 막힌 어두운 유리 병에 보관됩니다 (CO2 접근은 유해합니다).
용해성 전분 0.5g을 냉수 5cm3에 혼합하고, 생성된 현탁액을 끓는 물 100cm3에 붓고 교반하면서 전분 용액을 제조한다. 용액을 2분간 끓이고 살리실산 또는 ZnCl2 1g을 첨가한다. 용액을 냉각시키고 코르크 마개가 달린 병에 보관합니다. 준비된 용액은 0.01N을 2-3방울 떨어뜨렸을 때 밝은 파란색을 나타내야 합니다. 요오드 용액. 갈색이 되면 전분용액이 부적합하다.
2. 2. 2. 표준화 0.1 n. 티오황산나트륨 용액. 티오황산나트륨 용액은 중크롬산칼륨으로 표준화됩니다. 중크롬산칼륨은 예비 이중 재결정을 거쳐 150℃에서 일정한 중량으로 건조된다. 100 cm3 O.1 N을 준비합니다. 중크롬산칼륨 용액. 약 0.4903g(정량) K2Cr2O7을 메스플라스크에 넣어 물 100cm3에 녹인다. 용액의 역가와 보정을 계산합니다. 20 cm3의 준비된 용액을 500 cm3 적정 플라스크에 넣습니다. H2SO4용액에 3분간 방치하고 물 100cm3를 넣는다. 방출된 요오드는 티오황산나트륨 용액으로 적정한다. 지시약 없이 액이 황색이 될 때까지 적정한 다음 녹말용액 3 cm3를 가하여 청색이 없어질 때까지 적정한다. 적어도 세 번의 적정이 수행됩니다. =0.004904g/cm3.
2. 2. 3. 0.1N의 준비 요오드 용액. 4g의 Cl을 6cm3의 물에 용해시키고 1.27g의 요오드를 생성 용액에 첨가한다(시료는 기술 규모로 취한다). 요오드를 녹인 후 용액의 부피를 물로 100 cm3로 조정한다(측정 실린더 내). 요오드 용액은 마개가 있는 어두운 병에 보관됩니다.
2. 2. 4. 표준화 0.1 n. 요오드 용액. 요오드용액 15ml를 삼각플라스크에 넣고 0.1N으로 적정한다. 노란색이 될 때까지 Na2S2O3 용액. 그 다음 녹말용액 3ml를 넣고 청색이 없어질 때까지 티오황산나트륨용액으로 적정한다. 적어도 세 번의 적정이 수행됩니다. =0.01269g/cm3.
2. 2. 5. 요오드 팅크의 요오드 함량 측정. 분석을 위해 상업용 5% 요오드 팅크가 사용됩니다. 2cm3의 요오드 팅크를 200cm3의 원뿔형 플라스크에 넣고 0.1N으로 적정한다. 용액이 노란색으로 변할 때까지 N2S2O3 용액. 녹말용액 3ml를 넣고 청색이 사라질 때까지 적정을 계속한다. 적어도 세 번의 적정이 수행됩니다. =0.01269g/cm3.
2. 2. 6. 티오황산나트륨의 정량적 측정. 이 약 0.5g(정량)을 물 25cm3에 녹이고 녹말용액 2cm3를 넣고 0.1N 요오드용액으로 청색이 나타날 때까지 적정한다. 세 가지 적정이 수행됩니다. =0.02482g/cm3.
2. 3. Bromatometric 적정
2. 3. 1. O.1의 준비 n. 브롬산칼륨 용액. 미리 재결정하여 150°에서 건조시킨 브롬산칼륨 약 0.2783g(정량)을 증류수에 녹이고 메스플라스크에 물을 넣어 100cm3로 한다. 플라스크를 막고 용액을 저어줍니다. 용액은 마개가 닫힌 병에 보관됩니다. 브롬산칼륨 용액은 정확한 농도의 계량된 샘플에서 준비되며 표준화가 필요하지 않습니다. (KBrO3 용액의 T, N, K) = 27.836 g/mol을 계산합니다.
2. 3. 2. 레조르시놀의 정량적 측정. 레조르시놀 약 0.1g(정량)을 물 20cm3에 녹이고 100cm3로 한다. 20 cm3의 용액을 250 cm3, 30 cm3의 0.1 N 용량의 마개가 있는 플라스크에 넣는다. 브롬산칼륨 용액, 5 cm3 10% KBr, 5 cm3 50% H23O4, 혼합하고 플라스크 마개를 닫고 15분 동안 그대로 둡니다. 그런 다음 10% CI 10cm3를 넣고 혼합한 다음 다시 밀폐된 플라스크에 넣어 10분간 어두운 곳에 둡니다. 혼합물에 클로로포름 2cm3를 넣고 0.1N으로 적정한다. Na2S2O3는 요오드를 방출했습니다. =0.001835g/cm3. 레조르시놀의 함량을 백분율로 계산하십시오.
2. 4. 중크롬산염 산화성.
산화도는 1리터에 포함된 유기물의 산화에 필요한 산소의 양을 특징짓는 값입니다.
약 50%가 산화에 소비되는 방식으로 물의 일부를 선택합시다. 선택한 물 샘플을 최대 20ml의 증류수로 희석합니다 (강물의 경우 일반적으로 20ml를 취할 수 있음). 300ml 둥근바닥 플라스크에 옮기고 0.1N 용액 10ml를 가하고 각 첨가 후 혼합물을 조심스럽게 조금씩 나누어 30ml cf. =1.84g/cm. 그런 다음 0.3을 추가합니다. 0.4g 미리 농축해 두는 것이 더 편리합니다. 원하는 분석에 사용 0.3. 0.4g의 시약이 30ml에 들어 있었다. 결국 우리는 플라스크에 여러 개의 유리 모세관(구슬 또는 부석 조각)을 추가하고 환류 냉각기에 부착하고 약간 끓여서 가열하고 2시간 동안 끓입니다. 그런 다음 혼합물을 식히고 25ml의 증류수로 냉장고의 벽을 씻고 플라스크의 내용물을 500ml의 원추형 플라스크로 옮깁니다. 첫 번째 플라스크를 증류수로 여러 번 씻고 동일한 원추형 플라스크에 세척액을 모아 용액의 양이 약 350ml가되도록합니다. 혼합물에 페로인 용액 4.5방울 또는 N-페닐안트로닐산 용액 10.15방울을 도입하고 과량의 중크롬산칼륨을 Mohr's 염으로 적정합니다.
동시에 20ml를 취하는 빈 실험을 수행합니다. 거리 물을 넣고 위에서 설명한 모든 작업을 반복하십시오.
COD \u003d ((A-B) * N * K * 8 * 1000) / V,
여기서 A는 공 실험에서 적정에 사용되는 Mohr 용액의 부피, ml입니다. ;
B는 샘플 적정에 사용된 동일한 용액의 부피, ml입니다.
H는 Mohr 솔루션의 정규성입니다.
K - Mohr의 염 용액 유형에 대한 보정 계수;
8 - 산소 등가물;
V는 분석된 물의 부피, ml입니다.
물에 염화물이 있고 쉽게 산화되는 물질만 있으면 정의가 없습니다.
COD 결과에서 보정을 계산할 필요가 있습니다. 1mg당 0.23mg이 소모됩니다. (내용은 사전에 결정되어야 함).
물에도 거의 산화되지 않는 물질이 포함되어 있으면 다음과 같이 처리합니다. 샘플 20ml에 p = 1.84g / cm 인 1g, 5ml, 0.1N 용액 10ml를 추가합니다. 30ml를 아주 조심스럽게 붓습니다. , 0.75g을 가하고 2시간 동안 환류하고 위에서 설명한 대로 분석을 계속합니다.
동시에 빈 실험이 수행됩니다.
2. 5. 연구 결과
하나). 과산화수소는 제약 회사 Antey에서 제공 한 5 % 용액 형태로 분석에 사용되었습니다. 솔루션은 OAO Samaramedprom에서 준비했습니다. 구성은 라벨에 표시된 것과 완전히 일치합니다. 저장하는 동안 과산화수소가 파괴됩니다. 용액이 신선하다고 결론지을 수 있으며 이는 라벨의 만료 날짜에 해당합니다.
2). 약국 회사 "Antey"에서 구입 한 CJSC "Yaroslavl Pharmaceutical Factory"의 요오드 팅크 5 %도 표시된 구성에 해당합니다.
삼). 0.1g 무게의 레조르시놀 샘플은 그 조성과 99.93%만 일치합니다. 레조르시놀은 볼로그다의 어린이 시립 병원에서 제공했습니다.
네). 중크롬산염법에 의한 COD 분석은 2005년 11월 수돗물을 이용하여 수행하였다. 실험은 3일마다 수행되었습니다. 1리터의 물에 포함된 유기 물질의 산화에 필요한 평균 산소량은 35.00mg, 즉 COD = 35.00mgO2/l입니다. 이것은 물에 유기물의 함량이 증가했음을 시사합니다. 결과를 바탕으로 학교 식당에 수돗물 필터를 구입할 것을 학교 행정실에 제안했습니다.
결론
이에 과학 작업관련 문헌을 공부하고 이 주제에 대해 많은 것을 배울 수 있었습니다. 나 자신은 연구 중인 물질의 복잡성과 깊이, 특히 산화환원 반응이 매우 크다는 것을 확신했습니다. 실용적인 가치산업과 의약에서는 OVR이 발생하는 조건에 따라 얻는 제품이 달라지고 이러한 조건이 변경되면 사람이 특정 물질을 받을 수 있다고 합니다.
산화 환원 반응의 도움으로 엄청난 양의 정량적 및 정성적 분석이 수행됩니다. 산화 환원 반응은 거의 모든 생화학 공정의 기초입니다. 내 작업에서 나는 OVR의 전체 거대한 이론의 일부를 만질 수 있었습니다. 나는 나의 일을 계속할 것이다. 다음 작업은 다른 유형관련하여 OVR을 사용한 적정 약그리고 수돗물.
알다시피 입자(원자, 이온, 분자)가 전자를 포기하면 산화되어 환원제이고, 받으면 환원되어 산화제입니다. 산화와 환원 반응은 떼려야 뗄 수 없는 관계로 산화 환원(redox) 반응이라고 합니다. 분석 화학에서 사용되는 대부분의 o-in 반응은 용액에서 진행됩니다.
O - 반응에서 분석 화학에서 매우 널리 사용됩니다.
1) 분석에 대한 유해한 영향을 방지하기 위해 이온 및 화합물을 낮은 산화 상태에서 높은 산화 상태로 또는 그 반대로 전달합니다(예: Fe 2+에서 Fe 3+로의 산화 ;
2) 예를 들어 Mn 2+ (무색) ® MnO 2 (검은 갈색)와 같은 산화제 또는 환원제와 특징적인 반응을 일으키는 이온을 감지합니다. Mn 2+ (무색) ® MnO 4 - (라즈베리).
3) 산화되거나 환원되어 난용성 이온을 형성하는 이온의 분리.
사용 다양한 방법:
¾ permanonatometry (반응 Mn 2+ ® MnO 4 - , 색상이 변하는 동안);
¾ iodometry (I - ®I 2) 등
산화환원 반응은 용액에 2개 이상의 산화 및 2개의 환원 형태, 즉 2개의 산화-환원 쌍이 존재하는 것을 특징으로 합니다.
산화 환원 반응의 방향을 명확히 하기 위해 산화 환원 전위의 개념이 사용되며, 이는 산화 환원 쌍마다 다릅니다.
그것은 일어난다 스탠다드 아일랜드잠재적이고 파격적입니다. OB 의존성산화제와 환원제의 농도에 대한 주어진 쌍의 전위는 Nernst 방정식으로 표현됩니다.
알려진 바와 같이 금속판을 이 금속의 염 용액에 담그면 용액/전극 계면에서 전위가 발생하는데, 이는 직접 측정할 수 없다. 그것은 영점 - 불활성 도체로 구성된 표준 수소 전극 - 흑색으로 코팅 된 백금 판으로 H + = 1의 산성 용액에 담그고 1의 압력에서 용액을 통과하여 평가됩니다. ATM. 기체 수소.
반응 진행 H + + e "½ H 2
(H + + e ® H 광고
N 광고 + N 광고 ®½ H 2)
저것. 조건에 따라 어떤 방향으로든 이동할 수 있는 백금에 평형이 설정됩니다. 이 전극의 전위 값은 일반적으로 0으로 간주됩니다.
평형 조건의 경우 Nernst 방정식이 유효합니다.
수소 전극의 표준 전극 전위, 즉 이온 활성을 갖는 용액에 담근 수소 전극의 전위, 가역성, 표준 조건에서 1, R은 보편적인 기체 상수, T는 절대 온도, F는 96500C와 같은 패러데이 수입니다. 당신은 쓸 수 있습니다:
백금과 같은 불활성 금속으로 만들어진 전극을 산화 환원 과정이 일어나는 용액으로 낮추면 이 과정으로 인해 전극/용액 계면에서 전위 점프가 발생합니다. 이러한 시스템(및 그 잠재력)을 산화환원 또는 산화환원 시스템(전위)이라고 합니다.
표준 전위는 어디에 있습니까 약 전극, 는 산화형과 환원형의 활성이고, n은 산화환원 과정에 관여하는 전자의 수이다.
주석 전극을 예로 들어 보겠습니다. 이것은 Sn 2+ 및 Sn 4+의 염이 있는 수용액에 담근 백금 판입니다. Sn(NO 3) 2 및 Sn(NO 3) 4:
Sn 4+ + 2e « Sn 2+ . 이 반응은 백금에서 전위를 결정하며 매질의 산화환원 전위를 결정합니다.
또는:
Fe 2+ 및 Fe 3+ 가용성 염이 있는 수용액에 담근 백금 판을 나타내는 전극을 예로 들어 보겠습니다.
Fe 2+ + e « Fe 3+ 이 반응은 백금에서 전위를 결정하며 매질의 산화환원 전위를 결정합니다.
2개의 서로 다른 전극을 연결하면 전기화학적(갈바닉) 전지가 생성되고 더 많은 양의 전위를 가진 전극을 양극이라고 하고 음의 전위를 음극이라고 합니다.
이온 농도(활성)가 1이고 온도가 250C인 상태에서 수소 전극과 쌍으로 측정된 전위를 정상이라고 합니다.
접촉 전위차를 무시하면 요소(E)의 EMF는 전극 전위의 차이와 같습니다.
,
여기서 각각 전극의 캐소드(더 많은 양수) 및 애노드(더 많은 음수)의 전위입니다. 음극에는 환원 과정이 있고 양극에는 산화가 있습니다.
갈바니 전지 외에도 용액에서 산화 환원 반응은 산화제가 산화 된 형태로 산화 환원 전위 (ORP)가 더 높고 환원제가 쌍의 환원 된 형태 일 때 산화 환원 전위 방향으로 진행됩니다. 그 중 더 낮습니다. 따라서 분석 화학에서 계수를 작성하고 선택할 때 큰 가치 Nernst에 따른 OB 반응의 반쪽 반응, 방정식 및 의존성을 가지므로 분석 화학에서 계수를 기록하고 선택할 때 반쪽 반응 방법만 사용됩니다(전자 평형 방법은 사용하지 않음).
이 경우 물질 질량 보존 법칙과 전기적 중성 원칙이 고려됩니다. 청구 횟수는 동일해야 합니다.
OB 반응을 고려하십시오.
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + ... ® Mn 2+ + Na 2 SO 4
나는 반쪽 반응:
II 반쪽 반응:
Nernst 방정식에 따르면:
저것. ln 아래에서 [H + ]를 변경하면 ORP가 변경됩니다.
각 반쪽 반응에 대한 이온 - 분자 방정식을 컴파일 한 후 왼쪽 및 오른쪽 부분의 모든 요소의 원자 수가 동일하다는 점을 명심해야합니다.
원래 이온이나 분자가 반응 생성물보다 더 많은 산소 원자를 포함하는 경우:
1. 산성 환경에서 과량의 산소 원자는 H + 이온에 의해 물 분자로 결합됩니다.
2. 중성 및 알칼리성 환경에서 과량의 산소 원자는 물 분자에 의해 OH-기로 결합됩니다.
원래 이온이나 분자가 반응 생성물보다 적은 수의 산소 원자를 포함하는 경우:
1. 산성 및 중성 용액의 산소 원자 부족은 물 분자로 보상됩니다.
2. 알칼리 용액에서 - OH 이온으로 인해 -
Nernst 반쪽 반응식에 따르면 산화형과 환원형의 농도뿐만 아니라 용액의 pH 값으로 인해 ORP를 변경할 수 있습니다. 저것. 용액의 다른 pH에서 동일한 산화제(MnO 4 -)는 다른 생성물을 제공합니다.
a) 산성 환경에서 Mn 2+로 산화됩니다.
MnO 4 - + 8H + + 5e ® Mn 2+ + 4H 2 O 2
SO 3 2– + 2OH - -2e ® SO 4 2– + H 2 O 5
2MnO 4 – + 16H++ 5SO 3 2– + 10OH-® 2Mn 2+ + 5SO 4 2– + 13H 2 O
2MnO 4 – + 6Н + + 5SO 3 2– + ® 2Mn 2+ + 5SO 4 2– + 3Н 2 О
2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 ® 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
b) 중성 환경에서 - 최대 MnO 2:
KMnO 4 + Na 2 SO 3 + H 2 O ® 2MnO 2 + 5Na 2 SO 4 + KOH
(말단 및 고체상은 작성되지 않음).
연방 교육청
____________________________________________________________
상태 교육 기관고등 전문 교육 St. Petersburg State Technological Institute (Technical University)
______________________________________________________________
물리화학과
Ilyin A.A., Naraev V.N., Smirnova E.N., Fomicheva T.I.
산화 환원 공정의 화학 기초
실습을 위한 체계적인 지침
세인트 피터스 버그
UDC 541(076.5)
산화 환원 공정의 화학 기초: 실습 지침 / A.A. Ilyin, V.N. Naraev, E.N. Smirnova, T.I. Fomicheva - St. With.
가이드라인은 산화환원 과정 이론의 기본 개념을 간략하게 검토합니다. 구현 조건에 따라 반응 생성물을 예측하고, 산화 환원 반응에 대한 방정식을 공식화하고, 화학량론적 계수를 선택하는 기술을 제시합니다. 가장 중요한 산화제 및 환원제의 산화환원 변환 및 특성이 설명됩니다. 이 가이드에는 섹션도 포함되어 있습니다.
부식의 기초부터 "화학 장비의 부식"과정을 공부할 때 실습 및 실험실 수업, 일반 및 특수 화학 시험 준비 및 추가 자료로 사용하기 위해 대학의 다른 비 화학 전문 분야의 학생들에게 권장됩니다. 과정은 산화 환원 반응입니다.
그림 3, 표. 2, 참고 문헌. 8개 타이틀
검토자:
A.N. Belyaev, 화학 과학 박사, St. Petersburg State Technical University(TU) 촉매 화학 기술과 교수
2006 년 9 월 11 일 화학 부서의 교육 및 방법론위원회 회의에서 승인되었습니다.
소개
이 분야의 현대 전문가 정보 기술화학 공업 기업에서 일하는 사람은 전기 장비, 통신 네트워크, 자동화 제어 시스템 및 공정 제어 시스템의 효율적인 작동을 보장해야 하며 이를 위해서는 산화, 환원, 부식 및 전기분해와 같은 화학 공정에 대한 이해가 필요합니다.
산화 환원 공정은 갈바닉 및 연료 전지에서 화학 에너지를 전기 에너지로 전환하는 것뿐만 아니라 많은 가치 있는 제품의 생산뿐만 아니라 많은 전기화학 산업(전기분해, 고온전기야금, 야금, 습식야금, 고로 공정 등)의 기초가 됩니다.
산화 환원 반응은 자연에서 물질의 순환을 수반하는 생물학적 시스템(광합성, 호흡, 소화, 발효 및 부패)의 기능 및 필수 활동에 중요합니다.
분석 화학에서는 산화 환원 반응에 기반한 방법(전위차계, 산화환원 측정법, 전기량 측정법, 폴라로그래피 등)이 널리 사용됩니다.
1. 산화환원 반응
산화 환원 반응의 특징
화학 반응은 조건부로 크게 두 가지 유형으로 나눌 수 있습니다. 첫 번째는 반응물을 구성하는 화학 원소 원자의 산화 상태가 변하지 않는 반응을 포함합니다. 이러한 반응은 다음과 같습니다.
와 같은 교환 반응
BaCl2 + K2 SO4 = BaSO4 + 2 KCl;
예를 들어, 복합 반응,
CaO + 2 H2 O \u003d Ca (OH) 2;
분해 반응, 예를 들어,
CaCO3 = CaO + CO2.
또 다른 유형은 화학 반응입니다.
원자의 산화 상태 변화 . 예를 들어, 반응에서
Zn + 2 HCl = ZnCl2 + H2
아연과 수소 원자는 산화 상태를 바꿉니다. 이와 같은 반응을 산화 환원. 산화 상태의 변화는 한 원자 또는 이온에서 다른 원자 또는 이온으로 전자가 이동한 결과로 발생합니다.
산화는 입자(원자, 분자, 이온)가 하나 이상의 전자를 제공하는 과정입니다. 분자, 원자 또는 이온이 전자를 제공하여 해당 원자의 산화 상태를 증가시킬 수 있는 물질을 환원제. 전자를 기증하는 과정에서 환원제가 산화된다.
회복입자(원자, 분자, 이온)가 하나 이상의 전자를 부착하는 과정입니다. 분자, 원자 또는 이온이 전자를 부착하여 해당 원자의 산화 상태를 낮출 수 있는 물질을 산화제라고 합니다. 전자를 첨가하는 과정에서 산화제가 환원된다.
예를 들어, 단순 물질(철 및 황)로부터 황화철 형성 반응을 고려하십시오.
이 반응 동안 2개의 전자를 잃는 철 원자가 산화되어 산화 상태가 0에서 플러스 2로 증가합니다(산화 과정).
Fe - 2 ē → Fe.
동시에 두 개의 전자를 받아들이는 황 원자가 환원되어 산화 상태를 0에서 마이너스 2로 낮춥니다(환원 과정).
S + 2 ē → S.
철의 산화는 더 전기 음성도가 높은 원소로서 전자가 통과하는 황으로 인해 발생했습니다. 전자를 받아 산화제로 작용하여 황이 환원되고 환원제인 철이 산화된다.
화합물에서 원자의 산화 상태
화학 원소의 산화 상태1 (이하 라틴 문자 n으로 표시)는 산화제 또는 환원제 분자의 모든 결합이 이온성이라는 가정하에 계산된 화합물에서 원자의 조건부 전하입니다. 다시 말해,산화 상태 - 이것은 화합물의 다른 원자와 화학 결합을 형성하는 모든 전자 쌍이 가장 전기 음성도가 높은 원소의 원자로 완전히 옮겨진 경우 원자에 발생하는 전하입니다. 이 값은 형식적이며 대부분의 경우 전자 구름의 변위로 인해 원자에 발생하는 전하의 실제 값과 거리가 멉니다.
산화 상태는 음수, 양수(정수 및 분수), 0 값을 취할 수 있으며 위의 복합식에서 원소 기호 위에 앞에 더하기 또는 빼기 기호가 표시됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
KMnO4 |
H2SO4 |
화합물의 산화 상태의 음수 값은 결합 전자 구름이 이동하는 가장 전기 음성도가 높은 원소의 원자를 가지고 있습니다. 다른 원자에 전자를 제공하는 원자는 양의 산화 상태를 얻습니다.
단원자 이온에서 원소의 산화 상태는 수치적으로 전하와 일치합니다. 산화 환원 반응을 컴파일할 때 실제 이온의 전하는 일반적으로 숫자 뒤에 기호로 표시됩니다. 예를 들어,
Na 1+ Ca 2+ Fe 3+ NO 3 - SO 4 2- PO 4 3-
1 문헌에서는 산화수 - 영어에서 - 산화수라고도 합니다.
화합물에서 원소의 산화 상태(이온 전하)를 기록할 때 단위는 종종 생략됩니다.
화합물에서 원소의 산화 상태는 전자가 일치하지 않을 수 있는 원자가와 구별되어야 합니다. 원자가 결합 이론에 따르면 원자가는 원자가 화합물의 다른 원자와 형성하는 공유 결합의 수로 정량적으로 특성화됩니다. 0이 아닌 부호 없는 정수로 표현됩니다. 따라서 예를 들어 화합물 CH4, CH3 Cl, CHCl3, CCl4에서 탄소의 산화 상태는 각각 -4, -2, +2, +4입니다. 탄소의 원자가, 즉 이 모든 화합물에서 형성되는 공유 결합의 수는 4입니다.
화합물의 원소 원자의 산화 정도를 결정하려면 다음 조항에 따라야합니다.
1. 대부분의 화합물에서 수소는 +1의 산화 상태를 나타냅니다. 예외: 알칼리 및 알칼리 토금속의 수소화물
(NaH, KH, CaH2 등), 여기서 수소의 산화 상태는 n = -1입니다.
2. 대부분의 화합물에서 산소는 n = -2와 같은 산화 상태를 갖습니다.
예외:
a) 산소 원자의 산화도가 n = -1인 과산화물(H2O2, Na2O2, K2O2, BaO2 등);
b) 산화 상태 -1이 복합 수퍼옥사이드 이온 -1을 가지므로 공식적으로 각 산소 원자의 산화 상태가 n = -1/2인 초과산화물(KO2, RbO2, CsO2 등);
c) 오조나이드(KO3, RbO3, CsO3 등), 여기서 오조나이드 이온 -1은 단일 음전하를 가지므로 공식적으로 각 산소 원자의 산화 상태는 n = -1/3입니다.
d) 산소 불화물 OF2 및 O2 F2, 여기서 산소의 산화 상태는 각각 n = +2 및 n = +1입니다.
3. 단순 물질(N2, Cl2, O2, Pb, Cu 등)의 원소 원자의 산화 상태는 0으로 가정합니다.
4. 알칼리 금속(n = +1), 주기율표의 두 번째 그룹의 주요 하위 그룹 금속, 아연 및 카드뮴(n = +2)은 화합물에서 일정한 산화 정도를 나타냅니다.
5. 원소 원자의 가장 높은 양의 산화 상태는 D.I. Mendeleev의 원소 주기율표에서 그룹 번호에 의해 결정됩니다. 예외는 구리 하위 그룹(Cu, Ag, Au), 산소, 불소 및 8족 금속의 원소입니다.
6. 화합물의 분자를 구성하는 모든 원소의 산화 상태의 대수적 합은 항상 0입니다.
착 이온을 구성하는 원소의 모든 원자의 산화 상태의 대수적 합은 그 전하와 같습니다.
이러한 규칙에 따라 화합물의 원소 원자, 예를 들어 수산화암모늄 NH4 OH의 질소의 산화 상태를 결정하려면 다음과 같은 방정식을 사용합니다.
NH4OH |
5(+1) + 1(-2) + 1 n = 0 |
화합물에서 질소의 산화 상태에 관한 하나의 미지의 값으로 방정식을 풀면 n = -3이 됩니다.
주요 하위 그룹 원소의 주요 산화 상태는 표 1에 나와 있습니다. 화합물에서 주요 하위 그룹 원소의 가장 높은 산화 상태는 일반적으로 주기율표의 그룹 번호와 일치한다는 것을 알 수 있습니다 테이블.
안정적인 산화 상태를 결정할 수 있게 해주는 주기율표를 사용하는 규칙은 표 1에 나와 있습니다.
표 1. 주기율표에서 화학 원소의 위치에 따른 화합물의 산화 상태
원소 주기율표의 족 번호 N
제일 높은 |
가능한 |
||||||||||
산화 |
그룹 번호 |
||||||||||
요소 |
|||||||||||
화합물 |
중간 |
산화 상태 |
|||||||||
숫자와 같음 |
요소 |
화합물에서 |
|||||||||
그룹 빼기 2 2 : |
|||||||||||
최소 |
가능한 |
||||||||||
화합물에서 원소의 산화는 |
|||||||||||
그룹 번호 빼기 8: |
|||||||||||
예를 들어, 여섯 번째 그룹에 속하는 황의 경우 안정적인 산화 상태는 +6, +4, -2가 됩니다. 표에 표시된 것처럼 VII 족(F 제외)의 주요 하위 그룹 요소의 경우 안정적인 산화 상태는 +7, +5, +3, +1, -1입니다.
2 질소는 여러 중간 산화 상태(+4, +3, +2, +1)를 나타냅니다.
전환 요소의 경우 기억해야 한다다음과 같은 안정한 산화 상태: Cu +2, (+1); Ag+1; 금 +3, +1; Zn+2; CD+2; Hg +2(+1); Cr +6, +3; 망간 +7, +6, +4, +2; 철 +3, +2; Co+2; Ni+2.
NB3! 보시다시피 원자가와 달리 산화 상태는
화합물의 화학 원소 원자는 정수 및 분수, 양수 및 음수 값을 취할 수 있으며 단순한 물질에서는 0과 동일하게 간주됩니다.
산화 환원 반응의 유형
많은 산화 환원 반응 중에서 세 가지 유형이 구별됩니다.
-- 분자간산화환원;
-- 분자내산화 환원
-- 산화 상태에 따른 불균형 반응(불변화 반응 또는 자가 산화 반응 - 자가 회복이라고도 함).
에 분자간 반응산화 환원 산화 정도는 다양한 분자를 구성하는 원소의 원자에 의해 변경됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
2 KClO3 = 2 KCl + 3 O2
산화 상태에 따른 불균등화 반응
(dismutations)는 동일한 화합물을 구성하는 동일한 원소의 원자가 환원제와 산화제로 작용하는 반응입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
NH4 NO3 = N2 + 2 H2 O
3NB! = 노타 베네! 주의!
위의 반응에서 질소 원자의 산화 상태가 정렬됩니다. 질산 암모늄에서 질소는 -3과 +3의 두 가지 다른 산화 상태로 존재하고 반응의 결과로 형성된 분자 질소에서 질소 원자는 산화 상태가 0입니다. .
원자의 구조에 따른 원소의 산화환원 특성
산화 환원 반응의 과정은 전자를 제공하거나 얻는 능력이 서로 반대인 원자, 분자 또는 이온의 반응 시스템의 존재를 의미합니다.
원소 원자의 핵 전하가 증가하는 기간에는 단순 물질의 환원 특성이 감소하고 산화 특성이 증가하여 할로겐의 최대값에 도달합니다.
주기율표의 주요 하위 그룹에서 핵 전하가 증가함에 따라 환원성이 증가하고 산화성이 약화됩니다.
금속 원자는 외부 에너지 준위에서 1, 2 또는 3개의 전자를 갖기 때문에 환원 특성만 있습니다. 전자를 제공하고 양이온으로 전환하는 금속 원자의 능력은 이온화 전위가 특징입니다. 이온화 에너지 값이 낮을수록 금속의 환원력이 강해집니다. 가장 강력한 환원제는 알칼리 및 알칼리 토금속입니다.
환원성의 강도에 따라 금속은 내림차순으로 배열된다(Fig. 1 참조). 환원 능력에 따른 그림 2와 같은 화학 원소의 배열을 가까운 전압또는 금속 활동.
Li Cs K Ca Na Mg Al Zn Fe Co Ni Sn Pb H2 Cu Ag Hg Au
원자의 전자공여능력(물성) 강화(원자의 환원성 강화)
Li + Cs + K + Ca 2+ Na + Mg 2+ Al 3+ Zn 2+ Fe 2+ Co 2+ Ni 2+ Sn 2+ Pb 2+ H + Cu 2+ Ag + Hg 2+ Au 3+
이온의 전자 부착 성질 강화(이온의 산화성 강화)
그림 1 금속의 전기화학적 직렬 전압(산성 환경에서).
비슷한 행에서 가장 일반적인 산화제를 산화 능력의 내림차순(왼쪽에서 오른쪽으로)으로 정렬할 수 있습니다(그림 2 참조).
F2 > MnO 4 - > PbO2 > HClO > ClO4 - > BrO4 - > Cr 2 O 7 2- > Cl 2 > MnO2 >
> O2 > Br2 > NO 2 - > NO3 - > Fe3+ > I2 > O 4 2-
그림 2 가장 중요한 산화제의 산화 특성(산성 환경에서)은 산화력의 강도가 높은 순서대로 나열되어 있습니다.
그림 2에서 알 수 있듯이 불소가 가장 강한 산화제이다. 그룹 내 할로겐의 산화력은 위에서 아래로 약해집니다. 동시에 F-에서 I-로 할로겐화 음이온의 환원 능력이 증가합니다.
복합 물질의 산화 환원 특성은 반응에서 그것을 변화시키는 원소의 원자의 산화 정도에 달려 있습니다.
산화 특성은 산화 정도를 변경할 수 있는 원소의 원자가 다음 위치에 있는 복잡한 물질의 특징입니다. 가장 높은 학위산화. 예를 들어, 활성 산화제(그리고 산화제만!)는 과망간산칼륨 KMnO4, 중크롬산칼륨 K2 Cr2 O7, 황산 H2 SO4(농축!)입니다. 망간, 크롬 및 황 원자가 가능한 가장 높은 산화 상태에 있기 때문입니다. 따라서 전자만 받아들일 수 있습니다.
가장 낮은 산화 상태의 원자를 포함하는 물질은 환원제로만 작용할 수 있습니다.
산화 환원 이중성은 그것을 변화시키는 원자의 산화 정도가 가능한 최대 값과 최소 값 사이의 중간 값을 갖는 물질에 의해 나타납니다. 일부 시약과 관련하여 이러한 물질은 산화제로 작용할 수 있으며 다른 물질과 관련하여 환원제로 작용할 수 있습니다.
가장 중요한 산화제 및 환원제의 산화환원 변환
산화 환원 반응의 방정식을 작성하기 시작할 때 매질의 산도에 따라 반응 물질 중 어떤 것이 산화제 및 환원제로 작용할 뿐만 아니라 가능한 반응 생성물로 작용할 것인지 알아낼 필요가 있습니다.
가장 일반적으로 사용되는 산화제 및 환원제의 산화환원 변환은 부록에 나와 있습니다. 부록에 주어진 데이터에서 볼 수 있는 환경과 조건은
1. 산화 환원 반응의 본질. 표준 및 실제 산화환원 잠재력. 네른스트 방정식
2. 산화환원 반응 이론의 기본 조항
3. 불균형 반응
도 4 4. 다양한 요인에 대한 시스템의 산화 환원 전위 값의 의존성(반응의 EMF, pH)
5. 분석 화학에서 산화 환원 반응의 응용
6. V 분석 그룹의 양이온. V 분석 그룹의 양이온 반응.
키워드 및 용어
산화 환원 반응
산화 과정
복구 프로세스
산화제
환원제
산화 반응 분자내, 분자간, 불균등화
갈바니 전지 백금 블랙
표준 산화환원 전위 실제 산화환원 전위 Nernst 방정식
촉매
억제제
자가 촉매 반응 접합 반응 유도 반응
V 분석 양이온 그룹
양이온의 V 분석 그룹에 대한 그룹 시약
철(II) 이온의 반응
철(III) 이온의 반응
망간(II) 이온의 반응
비스무트 이온의 반응
안티몬(III, V) 이온의 반응
V 분석 그룹의 양이온 분석의 체계적인 과정
분석 화학에서의 산화 환원 반응
산화 환원 반응은 한 입자(원자, 분자 및 이온)에서 다른 입자로 전자가 이동하여 원소의 산화 상태를 변화시키는 반응입니다.
산화는 반동이 일어나는 과정이다
No° - d - H2O2 - 2d - 2H+ + O2 BO32- + 2OH- - 2d - BO42- + H2O
회복은 애착이 일어나는 과정이다
전자는 원자, 분자 또는 이온:
B° + 2d - B2-H2O2 + 2H+ + 2d - 2H2O SG2O72- + 14H+ + 6d - 2Cr3+ + 7H2O MnO4- + 8H+ + 5d - Mn2+ + 4H2O
분석 화학에서 가장 일반적으로 사용되는 환원제는 H2O2, SnCl2, H2B, H2BO3, Na2S2O3입니다. 산화제로서 -С12; Br2; H2O2; K2Cr2O7; KMpo4; NSh3 및 기타.
두 가지 물질은 항상 산화 환원 반응에 참여하며, 그 중 하나는 환원제이고 다른 하나는 산화제입니다. 이 경우 산화제가 받는 전자의 수는 항상 환원제가 주는 전자의 수와 같아야 합니다.
산화 환원 반응의 유형
산화 환원 반응의 주요 유형은 다음과 같습니다.
1 - 분자간 산화 환원 반응(산화 정도를 변경하는 요소는 다른 분자의 일부임):
PbS + 4H2O2 ^ ^PbBO4 + 4H2O
환원제 산화제
NaC1 + NaC1O + NaC04 ^ C12 + Na2BO4 + H2O;
2 - 분자 내 산화 환원 반응(산화 정도를 변경하는 요소는 한 분자의 일부임):
NH4NO3^N2O + 2H2O
(NnH4)2 C+2O7 - N2° + Cr2O3 + 4H2O;
3 - 불균형 반응(자가 산화-자가 회복)(동일한 원소의 원자가 산화 상태를 다른 방식으로 변경):
C°12 + 2NaOH - NaCl + NaClO + H2O 2H2O2 - 2H2O + O2
에 일반보기산화 환원 과정은 다음과 같이 표현됩니다.
여기서: 빨간색은 환원제-입자 공여 전자입니다.
Ox는 전자를 받아들일 수 있는 산화성 입자입니다.
따라서 우리는 공액 산화 환원 또는 산화 환원 커플을 다루고 있습니다.
다음은 가장 단순한 산화환원 쌍으로 인용될 수 있습니다: Fe3+/Fe2+, Ce4+/Ce3+ 등. 이 쌍의 두 형태는 한 입자에서 다른 입자로 전자가 직접 전이되는 단원자 이온입니다.
전자와 원자가 동시에 통과하는 더 복잡한 과정이 더 자주 발생합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Mn2+ + 2H2O - 2e -- MnO2^ + 4H+.
산화환원 반응은 하나의 공액 산화환원 쌍의 산화제(산화된 형태)와 다른 공액 산화환원 쌍의 환원제(환원된 형태)의 직접적인 상호작용에서만 발생할 수 있습니다. 이 경우 일반적인 산화 환원 반응은 두 가지 비공개 반응으로 구성됩니다.
오! + 네 레드
BRed2-ne bOx2
aOx + bRed2 ^ aRedl + bOx2
따라서 각 산화 환원 반응은 두 개의 반쪽 반응의 합으로 나타낼 수 있습니다. 그 중 하나는 산화제의 변형을 반영하고 다른 하나는 환원제의 변형을 반영합니다.
산화 환원 가능성
산화환원 반응을 반쪽 반응으로 나누는 것은 전자 전달 과정의 이해를 용이하게 하는 형식적 기술일 뿐만 아니라 잘 정의된 물리적 의미를 가지고 있습니다.
각 반쪽 반응의 구성 요소가 염 다리(포화 KCl 용액에 담근 한천 겔으로 채워진 튜브)로 연결된 용액이 다른 용기에 있는 경우, 불활성 전극(백금 와이어)이 아래로 내려갑니다. 각 용기를 검류계에 연결하면(그림) 후자는 전류의 존재를 표시합니다. 이러한 장치를 갈바니 전지(galvanic cell)라고 하며 용액과 백금선이 있는 각각의 용기를 반쪽 전지(half-cell)라고 합니다.
Fe2+ --- Fe3+ + e
Ce4+ + 전자 - Ce3+
쌀. 갈바니 전지의 계획: 1 - 백금 전극; 2 - 전해 키(KC1 용액으로 채워진 튜브); 3 - 전위차계; 4 - 유리.
갈바니 전지에서 반응이 일어나면 화학 에너지가 전기 에너지로 변환됩니다. 갈바니 전지의 기전력(EMF)은 두 전극(EMF = E1-E2) 사이의 전위차이며 환원제 전자가 산화제로 전달되는 능력을 특징으로 합니다.
개별 산화환원 쌍(이 예에서는 Fe/Fe 및 Ce4+/Ce3+)의 전위는 측정할 수 없습니다. 이와 관련하여 전위가 결정되어야 하는 반쪽 전지와 전위를 기준으로 하는 반쪽 전지를 결합함으로써 이 문제를 해결하였다. 이러한 반쪽 소자(전극)로 표준 수소 전극이 사용된다. 이 전극은 수소 이온 활성이 1인 산성 용액에 침지된 백금 흑색 층으로 코팅된 백금 판입니다. 전극은 1.013-10 Pa(1 atm)의 압력에서 수소로 세척됩니다. 이 경우 백금 블랙 층은 수소로 포화되어 수소 이온과 평형을 이루는 용액에 있는 수소 전극처럼 행동합니다.
H2 (g) \u003d 2H + + 2e.
이 전극의 전위는 모든 온도에서 0으로 가정됩니다.
갈바니 전지의 EMF가 전극의 전위차(E1 - E2) 및 E2 = 0(표준 수소 전극)과 같다고 가정하면 지정된 갈바니 전지의 경우 EMF = E1이 됩니다. 따라서 이 전극의 전위는 이 전극과 표준 수소 전극으로 구성된 갈바니 전지의 EMF와 같습니다.
반쪽 반응의 모든 성분이 표준 상태에 있는 경우(성분의 활성 계수가 1인 가상의 1몰 솔루션, 정상에서 기압및 온도).
이러한 전극의 전위를 표준 전극 전위라고 하며 E0로 표시합니다.
전극의 실제 평형 산화환원 전위(비표준 조건에서의 전극 전위 - E)와 표준 전극 전위(E0) 사이의 관계는 Nernst 방정식으로 전달됩니다.
E \u003d E0 + -1n 오
여기서: R은 8.312 J/(mol K)와 동일한 보편적 기체 상수입니다. T는 절대 온도입니다. F - 96,500C와 동일한 패러데이 상수;
n은 전극 공정에 관련된 전자의 수입니다.
aox, ared는 각각 해당하는 화학량론적 계수와 같은 거듭제곱으로 올린 물질의 산화된 형태와 환원된 형태의 활동입니다. 활동도를 농도와 활동 계수의 곱으로 나타낼 수 있다는 점을 고려하면 Nernst 방정식은 다음 형식으로 작성할 수 있습니다.
E = E0 + ^ log Y°x
nF "Y 레드"
여기서: y0x - 산화된 형태의 활성 계수;
Yred - 복원된 형태의 활동 계수. 산화된 형태와 환원된 형태 외에 다른 이온이 반쪽 반응 식에 포함될 때 그 농도(활성도)는 Nernst 식에 포함되어야 합니다.
따라서 반쪽 반응 방정식의 형식은 다음과 같은 산화환원 쌍 EMn04-/ Mn2+ 의 전위입니다.
Mn04- + 8H+ + 5e ^ Mn2+ + 4H20,
방정식에 따라 계산:
*Mn°47 Mn2+ - E Mn°47 Mn2+ + ln "
상수의 숫자 값을 Nernst 방정식으로 대입하고 십진 로그로 이동하면 25 ° C의 온도에 대해 다음과 같은 형식을 취합니다.
E \u003d E "+ 0.059 18 "미국
0.059lg |0x] + 0.059lg
가치
마지막 방정식에서
형식 잠재력이며 E0(1)로 표시됩니다.
형식 잠재력이 Nernst 방정식에 도입되면 다음 형식을 취합니다.
E0(D + 0059 로그 |°x]
[°x] - 1.0일 때 E - E0(1)의 마지막 방정식을 따릅니다.
평등 E 0(1)
증언하다
형식 전위는 용액의 이온 강도에 따라 다릅니다. 용액의 이온 강도를 무시하면 E0(1) = E0 등식을 얻습니다. 많은 분석 계산의 경우 이 근사값의 정확도로 충분합니다.
산화 환원 시스템의 표준 전위는 화합물의 산화 환원 특성의 객관적인 특성으로 사용됩니다. 표준 전위의 양의 값이 클수록 산화제가 강해집니다. 동시에, 환원된 형태의 강한 산화제는 환원성을 약하게 나타내고, 반대로 산화된 형태의 강한 환원제는 약한 산화성을 갖는다. 따라서 산화 환원 반응은 더 약한 산화제와 더 강한 것에서 환원제가 형성되는 방향으로 진행됩니다.
표준 전위 값의 비교는 산화 환원 반응의 방향을 예측하는 데 사용할 수 있습니다.
그러나 표준 전위는 실제와 크게 다를 수 있으며 반응 방향이 변경될 수 있음을 고려해야 합니다.
실제 전위의 값은 배지의 pH, 시약 농도, 착화, 침전 등과 같은 요인의 영향을 받습니다.
매질의 pH는 H+ 및 OH- 이온의 농도가 Nernst 방정식에 포함된 경우뿐만 아니라 때때로 이 방정식에 없는 경우에도 실제 전위에 영향을 미친다는 점에 유의해야 합니다. 이는 용액 내 이온 존재 형태의 변화(가수분해 및 기타 평형 과정에 대한 영향) 때문일 수 있습니다.
96페이지에 언급된 바와 같이 E°mpO4tmp2+ 산화환원 쌍의 전위는 수소 이온의 농도에 따라 다르며(표시된 값은 1.51V에서 1.9V까지 다양할 수 있음), 따라서 이 속성은 할로겐화물 음이온의 분획 산화에 사용됩니다. 무료 할로겐. 따라서 pH 5~6에서 과망간산염은 요오드화물만 산화하고(E°y 21- = 0.53V), pH 3에서는 브롬화물이 산화되며(E°Br2 / 2Br- = 1.06V) 훨씬 더 높은 산성도에서만 염화물이 산화됩니다(E ° su 2sg \u003d 1.395V).
pH 값의 변화는 산화환원 전위 값뿐만 아니라 때로는 반응 방향에도 영향을 미칠 수 있습니다. 예를 들어, 반응:
LvO43" + 2H+ + 21" - LbOz3" + 12 + H2O,
산성 환경에서는 왼쪽에서 오른쪽으로, 알칼리성 환경에서는 (pH 9, NaHCO3로 생성됨) 오른쪽에서 왼쪽으로 흐릅니다.
공정의 최적 과정에 필요한 반응 매질을 생성하기 위한 다음과 같은 규칙이 있습니다. 산화 환원 반응의 결과로 H + 또는 OH - 이온이 축적되면 반대 특성(알칼리성)을 갖는 매질을 생성해야 합니다. 또는 산성).
또한, 반응을 위해서는 동일한 매질에서 반응하는 성분(산화제와 환원제)을 취해야 합니다. 그렇지 않으면 프로세스가 중단될 수 있습니다.
난용성 화합물이 반응의 전위와 방향에 미치는 영향을 보여주는 예로 Cu2+와 I-의 상호작용 반응을 들 수 있습니다.
Cu/Cu 산화환원 쌍의 표준 전위는 0.159V이고 12/21 쌍의 경우 0.536V입니다. 주어진 데이터는 Cu2+ 이온이 I- 이온을 산화시킬 수 없음을 나타냅니다. 그러나 이 반응 과정에서 난용성 구리 단일 요오드 Cu1이 형성된다(PRCu1 = 1.1T0-
). 이 침전물의 형성은 용액의 Cu 이온 농도를 급격히 감소시킵니다. 이 경우 용액에서 Cu2+ 이온의 활성은 다음 방정식에서 결정할 수 있습니다.
Nernst 방정식을 사용하여 다음을 나타낼 수 있습니다.
E ° cu- / oui \u003d E0cu2 + / cu + - 0.059lgnP CuI \u003d 0.865V.
따라서 Cu/CuI 산화환원 쌍은 I2/I- 쌍의 전위를 초과하는 전위를 가지며 그 결과 이러한 변환이 가능합니다.
산화 환원 반응의 평형 상수
많은 경우 산화 환원 반응의 방향뿐만 아니라 그것이 얼마나 완전한지 알아야합니다. 그래서 정량적 분석에서는 실제로 100% 진행(또는 접근)하는 반응을 사용합니다. 반응의 정도는 평형 상수에 의해 결정됩니다.
산화 환원 반응의 방정식이 반응식에 의해 일반적인 형태로 제시되면 :
aOx1+ pRed2 ^ yRed1+ 5Ox2 ,
평형 상수(K)는 다음과 같습니다.
K = a a ■ I'm in-.
반응에 관련된 산화환원 쌍에 대한 Nernst 방정식을 사용하여 25°C에서 다음을 나타낼 수 있습니다.
1m^ 옥스, /레드 d, 옥스2/레드2/
또는 일반적으로:
T, (E ox - E Re d) ^n
여기서: ERed - 주어진 재에 작용하는 쌍의 표준 전위
산화제 및 환원제로 각각 공유; n은 프로세스에 관련된 전자의 수입니다. 마지막 방정식에서 전위차(EOx-ERed)가 클수록 평형 상수가 더 커지고 반응이 왼쪽에서 오른쪽으로 더 완전해집니다. 그러나 기억해야 할 것은 큰 중요성평형 상수는 공정의 높은 비율을 나타내지 않습니다.
반응 속도는 반응 메커니즘, 반응물의 농도, 용액의 온도, 촉매 또는 억제제의 존재와 같은 요인에 의해 영향을 받습니다.
반응 속도는 반응물의 농도가 증가하고 온도가 증가함에 따라 증가합니다. 일반적으로 온도가 10° 증가하면 반응이 2~4배 빨라집니다. 따라서 예를 들어 과망간산 칼륨이 옥살산 용액과 상호 작용하면 반응이 천천히 진행되고 용액이 가열되어 속도가 빨라집니다. 또한, 이 반응은 자가촉매입니다(촉매는 반응 생성물 중 하나인 Mn 이온).
어떤 경우에는 소위 접합 또는 유도 산화 환원 반응이 발생합니다.
예를 들어, 산성화된 용액에서 과망간산칼륨으로 Fe2+ 이온을 산화시키는 동안 염산, 과망간산 칼륨의 일부는 염화물 산화에 소비됩니다.
2Mn04- + 10C1- + 16H+ - 2Mn2+ + 5C12 + 8H2O.
Fe2+ 이온이 없으면 이 반응은 일어나지 않지만 표준 전위의 차이로 인해 반응이 진행됩니다. 이 과정은 부반응을 방지하기 위해 황산으로 산성화된 용액에서 수행됩니다.
분석 화학에서 산화 환원 반응의 응용
산화 환원 반응은 정성 및 정량 분석에 널리 사용됩니다.
정성 분석에서 산화 환원 반응은 다음을 위해 사용됩니다.
낮은 산화 상태에서 높은 산화 상태로 또는 그 반대로 화합물을 옮기는 것;
난용성 화합물을 용액으로 옮김;
이온 검출;
이온 제거.
따라서, 알칼리 매질에서 과산화수소와의 산화 반응은 화합물 Sn(I), Av(III), Cr(III)을 이들 원소의 하이드록소- 및 옥소음이온으로 전환하기 위한 IV 분석 그룹의 양이온 분석에 사용됩니다. 더 높은 산화 상태에서.
예를 들어, 음이온 [Cr(0H) 6]은 크롬산염 이온으로 산화됩니다.
2[Cr(0H)b]3- + 3H20^2Cr042- + 8H2O + 2OH-. 음이온 [Sp(0H)6]4- - 수산화음이온 [Sp(0H)6]2-: [Sp(0H)6]4- + H2O2- [3p(0H)6]2- + 2OH-.
Arsenite ions Ab03s- - arsenate ions Ab04s-:
Ab03- + H202^=* Ab043- + H20.
동시에 이 시약은 V 및 VI 분석 그룹의 일부 이온을 동시에 산화시킵니다. Mn2+ - Mn02-pH20, Co2+-Co3+.
산성 환경에서 과산화수소의 산화 특성은 과크롬산(청색 용액)의 형성에 의해 크롬산염 및 중크롬산염 이온을 검출하는 데 사용됩니다.
Cr2072- + 4H202 + 2H+ -2H2Cr06 + 3H20.
질산 매질의 과산화수소는 MnO2-pH20 및 Co(OH)3 침전물을 각각 Mn2+ 및 Co2+ 양이온 형태의 용액으로 옮기기 위한 환원제로 사용됩니다.
MnO2-pH20 + H2O2 + 2H+^=* Mn2+ + |O2 + (n+2)H20, 2Co(OH)3 + H2O2 + 4H+^ 2Co2+ + |O2 + 6H20.
이온 Av(III) 및 Ab(Z)를 감지하기 위해 금속 아연과 환원 반응을 통해 기체 생성물 AbH3가 사용됩니다.
그룹 II 양이온 분석에서 수은 화합물의 불균형 반응이 사용됩니다.
HB2S12 + M1z- [NvMDO! + Hv |.
Bi 양이온을 감지하기 위해 2가 수은 화합물에 대한 환원 특성이 사용됩니다.
Bp2+ + + 4 C1 - + [BpC16]2-.
이온 Sb^)는 음이온에 대한 니켈 판의 아연 금속 작용(갈바닉 쌍의 형성)에 의해 SbO로 환원되어 감지됩니다.
2[SbC16]- + 57p- 57p2+ + 2Sb| +12С1-.
N 양이온은 알칼리성 매질에서 헥사히드록소스타나이트(II) 이온을 사용하여 금속성 비스무트로 환원시켜 검출합니다.
2N(0H)s| + 3[Bp(0H)6]4- - 2BC + 32- +60H-.
Mn 이온의 검출은 과황산암모늄을 사용한 적색 MnO4 이온으로의 산화를 기반으로 합니다.
2Mp2+ +5B2082- + 8N2<0^ 2Мп04- + 16Н+ + 10Б042-.
HNO3, 염소 및 브롬수와 같은 산화제는 종종 정성 분석에 사용됩니다.
따라서 분석의 체계적인 과정에서 형성된 Cu2S 및 HgS 황화물의 침전물 혼합물은 가열될 때 묽은 질산으로 처리하여 분리됩니다.
3Cu2S + 4NO3" +16H+ - 6Cu2+ + 3S| + 4N0| + 8H20.
이 경우 이러한 조건에서 HgS 침전물은 Cu2S와 달리 용해되지 않습니다.
HgS 침전물은 염산이 있는 브롬수 또는 진한 HNO3와 진한 HCl의 혼합물에 용해됩니다.
HgSj + Bg2 + 2Cl- - + 2Br- + Sj, 2HgS| + 2HNO3 + 6HC1 - 3 + 3S|+2NO + 4H2O.
검출 시 얻은 금속성 안티몬의 검은색 침전물(위 참조)은 질산으로 산화되어 메타안티몬산의 흰색 침전물을 형성합니다.
3Sb| + 5MV + 5H+ - 3HSb03| + 5N0|+ H20.
산화환원 반응은 양이온의 정성 분석뿐만 아니라 음이온의 분석에도 널리 사용됩니다.
따라서 음이온 분석 시 클로로포름이 존재하는 산성 매질에서 KI 용액의 작용으로 음이온(Cr2072-, As043-, NO3-) 산화성 시험을 수행합니다. 이 경우 유리 요오드가 형성되어 클로로포름 층을 적자색으로 염색합니다.
또한, 약산성 매질(As033-은 제외)에서 요오드 용액의 변색을 기준으로 음이온(C204 S203 S2-, S032-, As033-, I-, N02-)을 환원시키는 시험을 한다. , 약간 알칼리성 매체에서 발견됨).
H2SO4가 농축된 샘플(Cl-, Br-, I-, Cr042-, N03-, S032-, S2032Ti 등)은 산화환원 반응을 기반으로 하는 반면 기체 생성물(Cl2, I2, CO2 등)이 방출됩니다.
S03 " 및 C204 N02-와 같은 환원 음이온을 감지하기 위해 반응이 사용되며 그 결과 KMn04 용액이 무색이 됩니다.
5S02 + 2H20 +2Mn04- ^ 5S022- + 4H+ + 2Mn2+ 5C2042- +2Mn04- + 16H+ ^ 10C02t + 2Mn2+ + 8H20 5N02+-+2Mn04- + 5N02+ .
질산염 이온이 감지될 때 아질산염 이온을 제거하기 위해 결정질 염화암모늄과의 반응이 사용됩니다.
N02-+ Mi/^ N2| + 2H20.
분석 그룹 V 양이온 Te2+, Te3+, M^+, Mn2+, 8b(III), 8b(V), B13+
일반적 특성
분석 그룹 V에는 D-원소 - Mg2+, p-원소 - Bb(III), Bb(V), N3+ 및 e-원소 - Fe3+, Fe2+, Mn2+의 양이온이 포함됩니다. V 분석 그룹의 양이온의 강한 분극 효과로 인해 많은 화합물(수산화물, 황화물, 인산염)이 물에 용해되지 않습니다. V 분석 그룹의 양이온의 염화물, 브롬화물, 아질산염, 질산염, 아세트산염, 황산염은 물에 용해됩니다.
V 분석 그룹의 양이온에 대한 그룹 시약은 암모니아의 농축 용액으로, 시약을 초과하면 불용성인 수산화물 형태로 침전됩니다.
V 분석 그룹의 양이온 분석의 추가 과정은 암모늄 염, 산의 농축 용액에서 이러한 양이온의 수산화물의 다양한 용해도와 다양한 산화 환원 반응 및 이러한 양이온의 침전 반응의 사용을 기반으로 합니다. .
Be 화합물은 황갈색이고 Be는 밝은 녹색입니다. 다른 양이온 화합물의 용액은 무색입니다.
V 분석 그룹의 양이온 반응
수산화나트륨 또는 수산화칼륨 용액의 작용
NOH 또는 KOH의 용액으로 마그네슘, 망간, 비스무트 및 안티몬 양이온은 수산화물, 녹색 - 철(II) 수산화물 및 적갈색 - 철(III) 수산화물의 백색 무정형 침전물을 형성합니다.
Mv2+ + 20H- - Mv(0H)2^, Mn2+ + 20H- ^ Mn(0H)2^, Fe2+ + 20H- - Fe(0H)2^, Fe3+ + 30H- - Fe(0H)3^, [SbC16 ]3- + 30H- - Sb(0H)3^ + 6C1-, [SbC16]- + 50H- - Sb(0H)5^ + 6C1-, Sb(0H)5^ - Hb03^ + 2H20, N3+ + 30H - ^ N(0H)3^.
V 분석 그룹의 모든 양이온 수산화물은 산에 용해됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Fe(0H)3^ + 3H+ - Fe3+ + 3H20.
수산화물 8b(III) 및 8b(V)는 양쪽성 특성으로 인해 과량의 알칼리에 용해됩니다.
8b (OI ^ + 3OI "- 3-, ^ + OI- - -.
마그네슘, 망간(II) 및 철(II)의 수산화물도 NaI4Cl의 포화 용액에 용해됩니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Nv(OI)2^ + 2MI4+ - Nv2+ + 2MI3-I2O.
이 특성은 체계적인 분석 과정에서 분석 그룹 V 양이온의 다른 수산화물에서 수산화 마그네슘을 분리하는 데 사용됩니다.
암모니아 용액의 작용
V 분석 그룹의 양이온 용액에 대한 암모니아 용액의 작용하에 해당 수산화물의 침전이 침전됩니다.
Nv2+ + 2MuU2O - Nv(OI)2^ + 2M1/, - + 5Mіs-U2O - WSO3| + 6C1- + 5M/4+ + 2^O, 3- + 3Ks-H2O - 8L(OH)3^ + 6C1- + 3M/4+, Mn2+ + 2M/3-H2O ^ Mn(OI)2^ + 2M/, Fe2+ + 2MuU2O ^ Fe(OI)2^ + 2MI+, Fe3+ + 3MI3-I2O ^ Fe(OI)3^ + 3M1L
암모니아 용액의 작용하에 비스무트 양이온은 염기성 염의 백색 침전물을 형성하며, 그 조성은 용액의 농도, 온도에 따라 다릅니다.
Ві3+ + 2Мі3-Н2О + С1- - Ві(ОI)2С1^ + 2МІ/, Ві(ОI)2С1^ - BiOC1^ + И2О.
3b(III), 3b(V) 및 비스무트 염의 가수분해
비스무트의 염, 안티몬(W^)은 염기성 염의 백색 침전물을 형성하면서 가수분해됩니다.
3- + H2O - 8CO1^ + 5C1- + 2H+, - + 2 H2O - 8LO2C1^ + 5C1- + 4H+, Bi3+ + H2O + W)3- ^ BiOZ)3^ + 2H+.
모든 침전물은 산에 용해됩니다.
마그네슘 이온의 반응
인산수소나트륨 용액 Na2HPO4의 작용
마그네슘 양이온은 암모니아 완충용액이 있는 상태에서 인산수소나트륨 용액과 함께 백색 결정질 침전물을 형성합니다.
Mg2+ + HPO42- + NH3-H2O ^ MgNHPO^ + H2O.
이 반응은 미세결정으로 수행될 수 있습니다. 빠른 결정화 과정에서 형성된 MgNH4PO4 결정은 특징적인 모양을 가지고 있습니다.
철(II) 이온의 반응
헥사시아노철산칼륨(III)K3 용액의 작용
철(II) 양이온은 헥사시아노철산칼륨(III) 용액과 함께 파란색 침전물("턴불 블루")을 형성합니다.
3Fe2+ + 23-^Fe32^.
반응은 특이적이며 분별법으로 Fe 양이온을 검출할 수 있습니다.
침전물은 산에 녹지 않습니다. 알칼리에서는 Fe32^ + 6OH- - 3Fe(OH)2^ + 23-로 분해됩니다.
철(III) 이온의 반응
1. 헥사시아노철산칼륨(II) K4 용액의 작용
철(III) 양이온은 헥사시아노철산칼륨(II) 용액과 함께 진한 파란색 침전물("프러시안 블루")을 형성합니다.
4Fe3+ + 34- - Fe43^
Fe와 헥사시아노철산칼륨(III)의 반응은 특이하며 분별법으로 열 수 있습니다.
반응은 pH=3의 산성 매질에서 수행되어야 합니다. 그러나 강한 산성화 또는 과량의 시약을 첨가하면 침전물이 용해됩니다.
알칼리에서 침전물은 다음과 같이 분해됩니다.
Fe43^ + 12OH- - 4Fe(Offb^ + 34-.
2. 티오시아네이트 이온의 작용
철(III) 양이온은 티오시아네이트 이온과 철(III) 착화합물을 형성하며, 이는 용액을 빨간색으로 착색합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
Fe3+ + 3NCS- - .
과량의 티오시아네이트 이온으로 다양한 조성의 복합 이온이 형성됩니다.
-; 2-; 3-.
pH=2의 산성 매질에서 반응을 수행할 필요가 있습니다. 발견
티오시아네이트 이온을 사용한 Fe의 환원은 음이온(F, PO4" 등)에 의해 방해를 받으며, 이는 Fe3+와 보다 안정적인 착물을 형성합니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
6F- -- 3- + 3NCS-.
철 이온 (III), (II)의 반응
설포살리실산 용액의 작용
철(III),(II) 양이온은 용액의 pH에 따라 설포살리실산과 다양한 색상의 착물을 형성합니다. pH = 1.8-2.5에서 보라색 복합체가 형성됩니다.
pH = 4-8에서 적색 복합체가 형성됩니다.
pH = 8-11에서 노란색 복합체가 형성됩니다.
망간 이온 검출에 대한 분석의 체계적인 과정에서 발생하는 반응
망간(II) 수산화물은 과산화수소에 의해 쉽게 산화되고 암갈색 침전물인 H2MnO3(MnO2-pH2O)가 형성된다.
2e + Mn(OH)2^ + H2O ^ H2MnO3^ + 2H+ 1
2е + Н2О2 + 2Н+ - 2Н2О__
Mn(OH)2^ + H2O2 -> H2MnO3 + H2O^
망간(IV)은 또한 H2O2의 작용하에 황산 또는 질산 매질에서 망간(II)으로 환원됩니다.
2e + H2MnO3^ + 4H+ ^ Mn2+ + 3H2O 1 2e + H2O2 - O2T + 2H+__
H2MnO3^ + H2O2 + 2H+ -> Mn2+ + O2T+ 3H2O
강한 산화제, 예를 들어 과황산암모늄(M14) 282O8은 Mn(II)을 MnO4- 이온으로 산화시켜 용액을 빨간색으로 착색합니다.
5e + Mn2+ + 4H2O ^ MnO4- + 8H+ 2
2Mn2+ + 5B2O82- + 8H2O -> 2MnO4- + 16H+ + 10BO42-
반응은 가열되고 은염(촉매)이 있을 때 진행됩니다. 이 반응은 분석의 체계적인 과정에서 망간(II) 이온을 검출하는 데 사용됩니다.
비스무트 이온의 반응
새로 준비된 헥사히드록소스탄산나트륨(P) Na44-의 작용.
헥사히드록소스타나이트(11) 이온은 Bi 이온을 흑색 비스무트 금속으로 환원시킵니다. 이온 4-는 알칼리성 용액에서만 안정합니다. 이러한 조건에서 비스무트 양이온은 Bi(OH)3의 백색 침전물을 형성합니다.
Sn2+ + 2OH- - Sn(OH)2^, Sn(OH)2^ + 4OH- - 4-, Bi3+ + 3OH- ^ Bi(OH)3^.
3e + Bi(OH)3^Bil + 3OH- 2
2e + 4- - 2-_^ _ | 삼
2Bi(OH)3^ + 34- - 2Bi^ + 32- + "6OH-
비스무트 양이온 검출을 위한 반응을 수행할 때 과도한 농축 알칼리 및 가열은 피해야 합니다. 이러한 조건에서 불균등화 반응으로 인해 검은 침전물 Snl-이 형성될 수 있기 때문입니다.
24- - 2- + Sn^ + 6OH-.
안티몬 이온의 반응 금속 아연의 작용
니켈 플레이트의 금속 아연은 안티몬(III) 및 (V) 이온을 금속 안티몬으로 환원합니다.
23- + 3Zn - 2SU + 3Zn2+ + 12C1-.
니켈 판은 아연과 갈바닉 쌍을 형성하며 양극은 Ni, 음극은 Zn입니다. 니켈은 아연이 제공하는 전자를 받아 안티몬 이온으로 전달하여 금속으로 환원됩니다. 니켈 판에 금속 안티몬 침전물은 염산에는 용해되지 않지만 질산에는 용해됩니다.
5e + Sb^ + 3H2O ^ HSbO3^ + 5H+ 3
3e + NO3- + 4H+ - 아님 + 2H2O_\_5_
3Sb^ + 5NO3- + 5H+ - 3HSbO3^ + 5NOt + H2O
V 분석 그룹의 양이온 분석의 체계적인 과정
철(II) 및 철(III) 양이온은 각각 헥사시아노철산칼륨(III) 및 헥사시아노철산(II) 용액의 작용에 의해 별도의 샘플에서 분별법으로 검출됩니다.
3Fe2+ + 23- - Fe32^, 4Fe3+ + 34- ^ Fe43^.
안티몬(III) 및 안티몬(V) 양이온은 V 분석 그룹의 모든 양이온 검출을 방해합니다. 안티몬(III)은 HNO3 용액으로 산화되어 HSbO3로 침전되는 안티몬(V)으로 변합니다. 침전물을 원심분리에 의해 분리하고 진한 염산에 용해시킨다. 용액의 안티몬(V)은 니켈 판에 대한 아연의 작용으로 검출됩니다.
원심분리기에 남아 있는 모든 V족 양이온은 진한 암모니아 용액의 작용에 의해 해당 수산화물로 침전됩니다.
수산화마그네슘을 분리하기 위해 포화 염화암모늄 용액과 3% H2O2 용액을 침전물에 첨가합니다. 이 경우 Mg(OH)2 침전물이 용해되고 Mn2+ 양이온이 H2MnO3(MnO2-nH2O)로 산화된다. Fe(OH)3, BiONO3, H2MnO3(MnO2-nH2O)로 구성된 침전물을 원심분리에 의해 분리한다. 마그네슘 양이온은 암모니아 완충액이 있는 상태에서 인산수소나트륨 용액의 작용에 의해 원심분리기에서 검출됩니다.
침전물에 대한 질산의 작용으로 철 (III)과 비스무트의 수산화물이 용해되고 H2MnO3 (MnO2-nH2O) ^가 침전물에 남아 원심 분리에 의해 분리됩니다.
비스무트 양이온은 새로 준비된 Na4 용액의 작용에 의해 원심분리기에서 검출됩니다.
침전물 H2MnO3(MnO2-nH2O)를 질산에 녹인다.
MnO2-nH2O가 Mn으로 환원되는 동안 H2O2의 존재. 그들은 과황산 암모늄 용액의 작용으로 감지됩니다.
V 분석 그룹의 양이온 혼합물 분석의 체계적인 과정은 계획에 따라 수행됩니다.
V 분석 그룹의 양이온 분석의 체계적인 과정 계획
Fe2+, Fe3+, Mn2+, M^+, Bi3+, 8b(III), 8b(V)
슬라이드 2
강의 계획: 분석 화학에서 OVR의 사용. OVR의 유형. OVR의 정량적 설명. OVR 평형 상수. 산화제 및 환원제의 수용액 안정성.
슬라이드 3
분석 화학에서 OVR 사용 샘플을 용액으로 옮기기 위한 샘플 준비 중. 이온 혼합물을 분리합니다. 마스킹용. 정성 화학 분석에서 양이온 및 음이온 검출 반응을 수행합니다. 적정 분석에서. 전기화학적 분석 방법.
슬라이드 4
예를 들어, 저산소증(산소 결핍 상태) 동안 호흡 사슬에서 H + 및 e -의 수송이 느려지고 환원된 형태의 화합물이 축적됩니다. 이러한 이동은 조직의 OB 전위(ORP)의 감소를 동반하며, 허혈이 심화됨에 따라(국소 빈혈, 장기 또는 조직의 불충분한 혈액 함량), ORP가 감소합니다. 이것은 산소 부족과 산화 환원 효소의 촉매 능력 위반으로 인한 산화 과정의 억제와 해당 과정 중 회복 과정의 활성화 때문입니다.
슬라이드 5
OVR의 유형 1. 분자간 - 다른 물질을 구성하는 원소 원자의 산화 상태(CO)가 다음과 같이 변경됩니다.
슬라이드 6
2. 분자내 - 산화제 및 환원제 - 한 분자의 원자:
슬라이드 7
3. 자가산화 - 자가치유(불균형) - 동일한 원소가 S.O. Cl2 - 산화제 및 환원제입니다.
슬라이드 8
OVR에 대한 정량적 설명 예를 들어 염기가 강할수록 양성자에 대한 친화도가 커집니다. 또한, 강한 산화제는 높은 전자 친화도를 갖는다. 예를 들어, 산-염기 반응에서는 용매(물)가 관여하여 양성자를 주고받으며, OVR에서는 물도 전자를 잃거나 얻을 수 있습니다. 예를 들어 산-염기 반응에는 산과 염기가 모두 필요하지만 OVR에는 산화제와 환원제가 모두 필요합니다.
슬라이드 9
OB 쌍을 전체적으로 고려하여 반응에 대한 도식 방정식을 작성할 수 있습니다. Ox + nē = Red
슬라이드 10
298K의 온도에서 Nernst 방정식은 다음과 같은 형식을 취합니다.
슬라이드 11
전극전위를 직접 측정하는 것은 어려우므로 모든 전극전위를 어느 하나("기준전극")와 비교한다. 이러한 전극으로서는 일반적으로 소위 수소 전극이 사용된다.
슬라이드 12
Nernst 방정식에서 이온의 활성 대신 이온의 농도를 사용할 수 있지만 이온 활성 계수를 알아야 합니다.
슬라이드 13
산화제 및 환원제의 강도는 pH 값, 침전 반응, 착물 형성 반응에 의해 영향을 받을 수 있습니다. 그런 다음 산화 환원 쌍의 특성은 실제 전위로 설명됩니다.
슬라이드 14
OVR과 침전 반응의 조합으로 얻은 반쪽 반응의 실제 가능성을 계산하기 위해 다음 공식이 사용됩니다. 산화된 형태가 난용성 화합물인 경우:
슬라이드 15
환원된 형태가 난용성 화합물인 경우:
슬라이드 16
OVR과 복합화 반응의 조합
산화된 형태가 복합체에 결합된 경우:
슬라이드 17
복원된 형태가 컴플렉스에 연결된 경우:
슬라이드 18
두 양식이 복합적으로 연결된 경우:
슬라이드 19
OVR과 양성자화 반응의 조합
산화된 형태가 양성자화된 경우:
슬라이드 20
환원된 형태가 양성자화된 경우:
슬라이드 21
두 형태 모두 양성자화된 경우:
슬라이드 22
반응이 다음 방정식에 따라 진행되는 경우: Ox + mH+ + nē = Red + H2O 그러면
