Aliuminio ir chloro susijungimas yra klasikinė redokso reakcija, rodanti oksidacijos ir redukcijos principus praktiškai. Ši reakcija vyksta intensyviai įkaitinus aliuminį, o jos pagrindinė cheminė lygtis yra 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃.
Cheminės reakcijos lygtis ir elektronų puslygtys
Cheminė lygtis: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃ (aliuminio chloridas).
Elektronų puslygtys:
- Al⁰ - 3e⁻ → Al³⁺ (aliuminis atiduoda 3 elektronus - oksidacija).
- Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻ (chloras prisijungia elektronus - redukcija).
Sulyginę elektronų skaičių (3 ir 2), gauname: 2Al - 6e⁻ ir 3Cl₂ + 6e⁻, todėl koeficientai yra 2 ir 3. Šioje reakcijoje aliuminis yra reduktorius, chloras yra oksidatorius.
Redokso procesų paaiškinimas ir OPERA taisyklė
Oksidacija ir redukcija yra du svarbūs cheminiai procesai, kurie vyksta daugelyje reakcijų. Šios reakcijos vadinamos redokso reakcijomis. Redokso reakcijose dalyvaujantiems elementams pakinta jų oksidacijos laipsniai - tai yra skaičiai, kurie parodo, kiek elektronų elementas suteikia arba priima.
- Redukcija - tai procesas, kurio metu dalelės prisijungia (priima) elektronus. Elektronų skaičius padidėja, o oksidacijos laipsnis sumažėja.
- Oksidacija - tai procesas, kurio metu dalelės atiduoda (praranda) elektronus. Elektronų skaičius sumažėja, o oksidacijos laipsnis padidėja.
- Oksidatorius - dalelė, kuri prisijungia (priima) elektronus. Jos oksidacijos laipsnis sumažėja.
- Reduktorius - dalelė, kuri atiduoda (praranda) elektronus. Jos oksidacijos laipsnis padidėja.
OPERA taisyklė padeda lengvai prisiminti redokso procesų esybę:
- O - Oksidatorius (dalelė, kuri prisijungia elektronus)
- P - Prisijungia elektronus (redukcija)
- E - Elektronus (tavo pradžia skaičiavimui)
- R - Reduktorius (dalelė, kuri atiduoda elektronus)
- A - Atiduoda elektronus (oksidacija)
Eksperimentiniai pastebėjimai ir palyginimai su kitais metalais
Reakcija aliuminio ir chloro vyksta intensyviai įkaitinus aliuminį. Chloras kambario temperatūroje nereaguoja, todėl, kad reakcija vyktų, reikia aliuminį įkaitinti arba kitaip suteikti aktyvacijos energiją.
Analogiški pastebėjimai minimi ir kituose metalų ir chloro deriniuose: įkaitinus varį reakcija vyksta energingai, tačiau bet varis visiškai oksiduojasi iki CuCl2. Varis gali sudaryti vario (I) ir vario (II) chloridus, tačiau galutinis produktas esant pakankamai oksidacinei aplinkai yra CuCl2. Varčio atveju įkaitinus varį reakcija vyksta energingai.
Geležies atveju susidaro geležies (II) ir geležies (III) chloridai; tirpsta vandenyje - susidaro oranžinės spalvos tirpalas (gelezies(III) chlorido tirpalas dažnai būna oranžinės spalvos). Kolba perplaunama vandeniu kai eksperimentai baigti, kad išvengti tolesnių nepageidaujamų reakcijų.
Chloro reakcijos su kitomis medžiagomis - pastebėjimai
Su amoniako tirpalo chloras reaguoja, susidaro balti amonio chlorido dūmai. Jos metu susidaro vandenilio chloridas ir balti dūmai (amonio chloridas). Vamzdelyje formuojasi geltonos spalvos jodo trichlorido kristalai; trichloridas dimerizuojasi.
Cilindrą, pripildytą chloro, reikia naudoti atsargiai. Reakcijos su vandeniliu yra pavyzdys, kur reikia vandenilį padegti - cheminė reakcija sukuria vandenilio chloridą.
Saugumas ir praktiniai eksperimentai
Eksperimento su chloro ir metalų metu būtina laikytis saugos taisyklių: chloras yra toksiškas ir aštrus dujinis reagentas, todėl būtina naudoti tinkamą ventiliaciją ir apsaugines priemones. Kolbų ir vamzdelių plovimas vandeniu po eksperimentų sumažina pavojų - kolba perplaunama vandeniu.
Reakcijos, kaip aliuminio ir chloro, dažnai demonstruojamos tam, kad parodytų redokso procesus: elektronų perėmimą ir atidavimą, oksidacijos laipsnių pasikeitimą ir tai, kaip suderinti puslygtes, kad gauti tinkamus koeficientus cheminėje lygyje.
Praktinės priemonės lygties sudarymui (žingsniai)
- Nustatyti reagento ir produkto oksidacijos laipsnius (Al⁰ → Al³⁺; Cl₂⁰ → Cl⁻).
- Paskaičiuoti elektronų, kuriuos atiduoda ir priima kiekvienas elementas: Al atiduoda 3 e⁻, Cl₂ priima 2 e⁻.
- Sulyginti bendrą elektronų skaičių, kad jie susilygintų (2 Al atiduoda 6 e⁻, 3 Cl₂ priima 6 e⁻).
- Parašyti galutinę suderintą lygtį: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃.
Pavyzdžių palyginimas
Kaip ir kituose pavyzdžiuose pateiktose redokso reakcijose (pvz., geležies ir sieros arba azoto ir deguonies susijungimuose), naudojant elektronų puslygtis galima nustatyti, kurie atomai oksiduojasi, kurie redukuojasi, ir suderinti lygtį pagal perkeliamų elektronų skaičių.
| Reakcija | Puslygtys | Galutinis produktas |
|---|---|---|
| 2Al + 3Cl₂ | Al⁰ - 3e⁻ → Al³⁺; Cl₂⁰ + 2e⁻ → 2Cl⁻ | 2AlCl₃ |
| Fe + S | Fe⁰ - 2e⁻ → Fe²⁺; S⁰ + 2e⁻ → S²⁻ | FeS |
| N₂ + O₂ | N₂⁰ - 10e⁻ → 2N⁵⁺; O₂⁰ + 4e⁻ → 2O²⁻ | N₂O₅ (suderinta: 2N₂ + 5O₂ → 2N₂O₅) |
Chloro reakcija su aliuminiu
Kas svarbu atsiminti
- Redokso reakcijose elektronai visada perkeliami iš vieno atomo į kitą: vienas atomas juos atiduoda (oksiduojasi), kitas juos priima (redukuojasi).
- Šie procesai vyksta kartu - oksidacija ir redukcija visada lydi vienas kitą.
- Naudodamiesi puslygtėmis, galite nustatyti cheminės lygties koeficientus. Svarbu pamatyti, kurie elementai keičia savo oksidacijos laipsnius ir kiek elektronų jie atiduoda arba priima.
Aliuminio ir chloro reakcija yra paprastas ir įsimintinas redokso pavyzdys: 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃. Ši lygtis parodo, kaip remiantis elektronų mainais nustatomi koeficientai ir kaip interpretuojami oksidacijos laipsniai eksperimentuose.