Что такое оксидирование: оксидирование | это… Что такое оксидирование?

Содержание

описание технологии, виды и способы

Оксидирование стали заключается в формировании на поверхности изделия или детали пленки окислов. Оксидное покрытие по многим свойствам (антикоррозионным, адгезионным, маслоемким) близко к фосфатному. Цвет стального изделия после оксидирования в зависимости от режима процесса меняется от темно-серого до блестяще-черного.

Оксидные покрытия могут быть получены, термическим, химическим и электролитическим методами. Наиболее распространен химический способ, позволяющий получать, например, на стали пленки толщиной до 3 мкм. Пленки эти пористы и пригодны для защитных покрытий только в легких коррозионных условиях, (например, для защиты мелких деталей, работающих в помещении). Считается, что по собственной антикоррозионной стойкости фосфатные покрытия превышают оксидные.

Фосфатированные или оксидированные изделия могут применяться только в легких (Л) условиях эксплуатации, если эти покрытия подвергнуты промасливанию или гидрофобизированию — в средних (С) и жестких (Ж).

1. Суть и назначение технологии

Оксидирование стали основано на окислительно-восстановительной реакции металла при его взаимодействии с атмосферным кислородом, электролитом или специальными кислотно-щелочными растворами, в результате чего на поверхности детали образуется защитная пленка, которая улучшает технические свойства металла:

  • повышает твердость;

  • уменьшает трение;

  • увеличивает прирабатываемость деталей;

  • увеличивает срок службы;

  • создает декоративное покрытие (если добавить в электролит красящий раствор, можно получать поверхности с различной окраской).

Оксидные покрытия используются в различных сферах. Например, в ювелирной промышленности и бижутерии оксидные покрытия наносятся на многие металлы, включая серебро, алюминий, медь, титан, латунь и бронзу. Суть их обработки заключается в повышении прочности и придании дополнительных декоративных свойств. Так, изделия из серебра прекрасно держат форму, что позволяет изготавливать ювелирные изделия с острыми углами и тонкими узорами. Оксиды также можно использовать для создания винтажных и других эффектов.

В зависимости от характеристик и свойств металла, для создания сложных оксидов на той или иной поверхности используются различные методы.

Хорошей новостью является то, что процесс окисления распространяется по поверхности тонким слоем в несколько микрон. В этом случае размеры детали и посадочные места сверху и на поверхности остаются неизменными.

2. Виды оксидирования металлов

Существует несколько видов технологий нанесения защитных покрытий различной сложности. Простейший способ используется уже много веков и доступен каждому, кто хочет нанести защитную пленку на деталь в домашних условиях. Более сложные методы требуют специального оборудования и выполняются только в производственных условиях:

  • микродуговой;

  • горячий;

  • холодный.

К микродуговому относится способ создания оксидной пленки с помощью электролизной установки. Обычно применяется для алюминия, серебра и их сплавов. Окисление происходит в результате прохождения тока через деталь, образуются области с высокой температурой и давлением.

Горячее оксидирование заключается в значительном нагреве детали или раствора для ускорения процесса образования оксидной пленки.

К холодным относятся, в основном, методы химического покрытия и плазменного, когда поверхность насыщается кислородом под воздействием микротоков или в насыщенном растворе солей.

3. Химическое оксидирования

Процесс химического оксидирования осуществляют путем погружения компонентов в различные растворы. Низкотемпературное покрытие осуществляется при температуре от 30 до 180 °C. Сталь погружают в щелочной или кислотный раствор с марганцем. После извлечения из ванны его смазывают маслом или пропитывают в течение нескольких секунд.

Электрохимическое оксидное покрытие наносится при низких температурах до 100 °C. Электролит представляет собой раствор нескольких нитратов и хроматов. Сталь имеет черное покрытие.

Пищевая нержавеющая сталь содержит ряд легирующих элементов, включая хром и марганец. Требуется современное оборудование для нанесения покрытий. В домашних условиях ее можно оксидировать в жидкости с нитратом натрия. Поверхность имеет ярко-синий цвет.

3.1 Анодное оксидирование

Анодное оксидирование небольших деталей может быть выполнено в домашней мастерской. Для этого необходимы аккумулятор и выпрямитель тока. Анод подключается к заготовке и источнику постоянного тока. Когда сталь погружают в раствор слабокислого электролита, электроны начинают движение, и вместе с ними частицы солей и кислот проникают в верхний слой металла. Это приводит к образованию кристаллов железа со сложными оксидами. Они постепенно покрывают всю поверхность детали, образуя слой в несколько микрон.

Скорость процесса можно регулировать для формирования оксидной пленки нужной толщины путем изменения силы тока и повышения температуры электролита. Анодирование влияет на исходные характеристики стали и цветных металлов:

  • изменяет цвет;

  • повышает сопротивление;

  • мембрана имеет низкую электропроводимость;

  • не допускает образования простых оксидов железа — коррозии.

3.2 Термическое оксидирование

Те, кто наблюдал за сваркой или нагревом деталей в термических печах, видели, как эта поверхность приобретает цвет от желтого до синего и черного. Они определяются температурой, при которой сталь была нагрета в конкретной точке. Чем выше температура металла, тем больше он окисляется и тем темнее цвет.

Для проведения термического окисления достаточно нагреть поверхность до 300 ⁰C. На стали появится тонкая пленка из желтых и светло-коричневых оксидов. Чем выше содержание легирующих элементов, тем сильнее нужно нагревать сталь.

Нагрев часто используется для ускорения химического и анодного оксидирование стали. Помещенный в горячий раствор натриевой селитры или смеси кислот металл быстрее вступает в реакцию.

3.3 Плазменное оксидирование

Метод холодного оксидирования представляет собой плазменное покрытие компонентов. Окисление происходит при низких температурах. Компонент помещается в плазму, создаваемую высокочастотными или СВЧ токами, подобными тем, которые генерируются в микроволновой печи. В камере содержится высокий уровень кислорода.

Плазменное оксидирование в основном используется для улучшения светочувствительности и электропроводности компонентов в оптическом оборудовании и печатных платах.

3.4 Лазерное оксидирование

Оксидирование изделия с помощью лазера возможно только в промышленных условиях. Деталь кладется на стол или зажимается в патроне, пишется программа, и лазер поочередно нагревает узкие полоски по всей поверхности. Хороший вариант — применение станков с ЧПУ.

Недостатком лазерного оксидирования является то, что оно затрагивает только внешнюю поверхность заготовки. Лазерная головка не проходит в отверстия малого диаметра.

3.5 Оксидирование своими руками

Сделать защитное покрытие в домашних критериях проще всего по вековому рецепту. Для этого стальная заготовка должна быть очищена от всех видов грязи и протравлена слабокислым раствором. Любые пятна, оставленные на железе, будут препятствовать процессу оксидирования.

  1. Конструкционную сталь нагревают до 300 ⁰C. Для легированных и углеродистых сталей требуются более высокие температуры. Чем больше легирующих элементов, тем интенсивнее должен быть нагрев.

  2. Горячую заготовку опускают в льняное масло на 8-18 минут.

  3. Процесс повторяется от четырех до шести раз, чтобы обеспечить защиту стали от ржавчины и сформировать плотный изоляционный слой.

  4. Закаленные стали при нагревании до температуры выше 300 ⁰C могут размягчаться. Поэтому металл после закалки нагревают токами индуктора до 250-280 ⁰C. Если нет возможности нагреть только поверхность заготовки, температуру снижают до 220-250 °C, увеличивая количество нагревов и окунаний.

Льняное масло использовалось в течение многих веков. На данный момент его можно заменить веретенным маслом, которое широко используется для закалки стали.

Методы оксидирования | ПКФ Тандем


Методы оксидирования
Компания «Тандем»

Большинство производственных процессов, связанных с изготовлением оборудования, подразумевают использование металлических изделий, защищенных от коррозии.

Даже небольшое производство станков, механизмов, строительных материалов как правило оснащено линией по нанесению защитного слоя на металл. Помимо антикоррозионных свойств металл получает электроизоляционные и декоративные свойства.

Что такое оксидирование

Оксидирование – вид коррозионной защиты, заключается в нанесении оксидных слоев на металлическую поверхность. Оксидные слои обладают рядом преимуществ по сравнению с другими способами защиты от коррозии, а именно:

  • тонкие – толщина не более 1,5 микрона, то есть практически не влияют на готовую конструкцию
  • износостойкие – устойчивы к воздействию агрессивных сред
  • декоративные свойства – позволяют получить вороненое железо для оружия и изделия, напоминающие керамику.

Распространенные техники оксидирования

Существует несколько разновидностей антикоррозийной обработки способом оксидирования. Все они ведутся в заводских условиях, однако некоторые достаточно простые в исполнении и не требуют присутствия квалифицированного персонала.

Распространенные виды нанесения оксидной пленки на металлы и сплавы:

  • Термический способ
  • Химическое оксидирование
  • Анодирование
  • Плазменное и микродуговое оксидирование

По сути, оксидирование представляет собой покрытие металла тонкой пленкой, которая и защищает от воздействий окружающей среды. Рассмотрим подробнее каждый вид обработки.

Термическое оксидирование

Наиболее распространенный способ нанесения защитной пленки на низколегированные стали, железо, кремний. Позволяет получить декоративное покрытие на железе, которое называется воронение.

Для данного вида оксидирования существуют специальные печи, где процесс осуществляется при температуре несколько сотен градусов, дополнительно нагнетается кислород или пары воды.

Температура проведения процедуры зависит от типа металла: для железа это порядка 300 градусов Цельсия, для легированных сталей – 700 градусов, для кремния – до 1200 градусов. Продолжительность обработки в печи 1 час.

Воронению подвергаются оружейные изделия: огнестрельное и холодное оружие. Благодаря данному способу удается сохранить исходные размеры изделия, так как толщина защитной пленки всего 1-1,5 микрона.

Термическое оксидирование используется при создании полупроводников, поскольку у них обязательно имеется диэлектрическая пленка на поверхности. В электронике применяют оксидированные изделия из кремния.

Печи для оксидирования компактные, можно установить в любой сухой цех.





Название Температура, °с Особенности, назначение, использование
Низколегированные стали или железо 300-350 Второе название – воронение. Очень распространенный способ, основная его задача – декоративная металлообработка, так как деталь приобретает черный (вороной) цвет. Пример применения – создание стрелкового оружия. Еще одно преимущество – исходные размеры сохраняются, потому что оксидная пленка образуется очень тонкая, не более одного-полутора микрона.
Легированные стальные элементы до 700 Нанесение состава занимает продолжительный период – не менее 1 часа.
Железоникелевые магнитные сплавы 400 – 800 Процесс длится на протяжении 0,5 – 1,5 часов. Возникает слой, который считается диэлектриком, поэтому от просто необходим при создании электрических полупроводников.
Кремний 800 – 1200 Процедура имеет название термокомпрессионной. Она проходит под большим давлением до 107 па. Подвергаемые ей изделия необходимы в электронике.

 

Химическое оксидирование

Для проведения операции изделие помещают в ванну с раствором или расплавом окислителя или кислотного состава — хроматов, нитратов или растворов кислот. Полученная поверхность защищена от коррозии и воздействия электричества, а также может иметь декоративные свойства.

Технически химическое оксидирование осуществляется путем пассивирования поверхности, также могут наноситься защитные и декоративные слои. Проводится при температуре ниже ста градусов Цельсия в щелочных, либо кислотных растворах.

После обработки химическим составом изделие тщательно высушивается. Дополнительное готовое покрытие обрабатывается масляным раствором.

Считается, что защитный слой, полученный методом химического оксидирования менее устойчив к воздействию окружающей среды, чем полученный термическим способом.

Анодирование или анодное оксидирование

Заключается в нанесении оксидных слоев на металл для повышения коррозионной стойкости и диэлектрических свойств. Защитные свойства обусловлены способностью оксидных слоев впитывать влагу.

Чаще всего анодирование используется для защиты алюминиевых поверхностей. Полученные слои обладают защитными, изоляционными, износостойкими, декоративными свойствами.

Процедура проводится в жидких или твердых нетоксичных электролитах. Поверхность металла при анодировании имеет положительный потенциал.

Плазменный тип оксидирования

Сюда относятся несколько видов оксидирования, каждый из них наиболее перспективен, прежде всего из-за высокой экологической безопасности.

Технология заключена в нанесении пленки в присутствии плазмы, которая получается при проведении электрического тока через раствор. Прежде всего это способ защиты кремния и полупроводников.

В качестве альтернативы этому способу придумано и активно внедряется микродуговое оксидирование. В чем его преимущество: экологичность, а используемые электролиты не наносят вред окружающей среде. Может использоваться для изготовления деталей сложных конструкций.

МДО наиболее перспективный способ оксидирования. Если выбирать между различными видами оборудования, то стоит обратить внимание на оборудования для микродугового оксидирования. Его преимущество в компактности и простоте эксплуатации.

 

Дата публикации: 07.09.2021

Окисление и восстановление

Окисление
и сокращение

Окислительно-восстановительный
Реакции
Роль окисления
Числа в окислительно-восстановительных реакциях
Число окисления против.
Истинный заряд ионов
Окислители и
Восстановители
Конъюгат окисляющий
Пары агент/восстановитель
Родственник
Сильные стороны металлов как восстановителей


Окислительно-восстановительный
Реакции

Термин окисление первоначально использовался для описания
реакции, в которых элемент соединяется с кислородом.

Пример: Реакция между металлическим магнием и кислородом с образованием
образование оксида магния включает окисление магния.

Термин сокращение происходит от латинской основы, означающей
«вернуть назад». Все, что ведет обратно к
поэтому металлический магний включает восстановление.

Реакция между оксидом магния и углеродом при 2000°С до
из металлического магния и монооксида углерода является примером
восстановление оксида магния до металлического магния.

После открытия электронов химики убедились
что окислительно-восстановительные реакции связаны с переносом
электронов от одного атома к другому. С этой точки зрения,
реакция между магнием и кислородом записывается следующим образом.

2 Mg + O 2 2 [Mg 2+ ][O 2- ]

В ходе этой реакции каждый атом магния теряет два
электронов с образованием иона Mg 2+ .

Mg Mg 2+ + 2 e

Каждая молекула O 2 получает четыре электрона, образуя
пара ионов O 2-.

О 2 + 4 д 2 O 2-

Поскольку электроны не создаются и не
разрушается в результате химической реакции окисления и восстановления.
связаны. Одно без другого невозможно, как показано
на рисунке ниже.


Роль окисления
Числа в окислительно-восстановительных реакциях

Химики со временем расширили идею окисления и
сведение к реакциям, формально не связанным с переносом
электронов.

Рассмотрим следующую реакцию.

CO( г ) + H 2 O( г )
CO 2 ( г ) + H 2 ( г )

Как видно из рисунка ниже, общее количество
электронов на валентной оболочке каждого атома остается постоянным в
эта реакция.

В этой реакции изменяется степень окисления этих
атомы. Степень окисления углерода увеличивается с +2 до +4,
а степень окисления водорода уменьшается с +1 до 0,

Поэтому лучше всего подходят окисление и восстановление
определяется следующим образом. Окисление происходит, когда
степень окисления атома становится больше.
Переходник
происходит, когда степень окисления атома становится меньше.

 

Интерактивный
учебник по присвоению степеней окисления от

требует
Макромедиа Шоквейв

 


Числа окисления в сравнении
Истинный заряд ионов

Термины ионный и ковалентный описывают
крайности континуума связи. есть какая-то ковалентная
характер даже в самых ионных соединениях и наоборот.

Полезно подумать о соединениях основной группы
металлов, как если бы они содержали положительные и отрицательные ионы.
химия оксида магния, например, легко понять
если предположить, что MgO содержит Mg 2+ и О 2-
ионы. Но никакие соединения не являются на 100% ионными. Есть экспериментальный
доказательства, например, что истинный заряд магния и
атомов кислорода в MgO +1,5 и -1,5.

Степени окисления обеспечивают компромисс между мощной моделью
окислительно-восстановительных реакций, основанных на предположении, что
эти соединения содержат ионы и наши знания о том, что истинные
заряд ионов в этих соединениях не так велик, как этот
модель предсказывает. По определению, степень окисления атома
заряд, который нес бы атом, если бы соединение было чисто
ионный.

Для активных металлов групп IA и IIA разница
между степенью окисления атома металла и зарядом на
этот атом достаточно мал, чтобы им можно было пренебречь. Металлы основной группы в
Однако группы IIIA и IVA образуют соединения, которые имеют
значительное количество ковалентного характера. Это заблуждение, ибо
например, предположить, что бромид алюминия содержит Al 3+
ионы Br . На самом деле существует как Al 2 Br 6 молекулы.

Эта проблема становится еще более серьезной, когда мы обращаемся к
химия переходных металлов. MnO, например, является ионным
достаточно, чтобы считаться солью, содержащей Mn 2+ и
O 2- ионы. Мн 2 О 7 , с другой
стороны, представляет собой ковалентное соединение, которое кипит при комнатной температуре. Это
Поэтому полезнее думать об этом соединении так, как если бы оно
содержал марганец в степени окисления +7, а не Mn 7+
ионы.


Окислители и
Восстановители

Рассмотрим роль каждого элемента в
реакция, в которой определенный элемент получает или теряет электроны.

Когда магний реагирует с кислородом, атомы магния отдают
электронов на молекулы O 2 и тем самым уменьшить
кислород. Таким образом, магний действует как восстановитель в
эта реакция.

2 мг + О 2 2 MgO
восстановитель
агент
     

Молекулы O 2 , с другой
стороны, получить электроны от атомов магния и тем самым окислить
магний. Кислород, следовательно, окислитель .

2 мг + О 2 2 MgO
  окисляющий

агент
   

Окислители и восстановители, таким образом, могут быть определены как
следует. Окислители получить электроны. Сокращение
агенты
теряют электроны.

В таблице ниже указаны восстановитель и
окислитель для некоторых реакций, обсуждаемых в этой сети
страница. Сразу бросается в глаза одна тенденция: Металлы основной группы
действуют как восстановители во всех своих химических реакциях.

Типичные реакции металлов основной группы

Реакция   Сокращение
Агент
  Окислитель
Агент
2 Na + Cl 2 2 NaCl   На   Класс 2
2 К + Н 2 2 КН   К   Н 2
4 Li + O 2 2 Li 2 O   Ли   О 2
2 Na + O 2 Na 2 O 2   На   О 2
2 Na + 2 H 2 O 2 Na + + 2 OH + H 2   На   Н 2 О
2 К + 2 NH 3 2 К + + 2 NH 2
+ Н 2
  К   НХ 3
2 Mg + O 2 2 MgO   Мг   О 2
3 Мг + Н 2 Мг 3 Н 2   Мг   Н 2
Ca + 2 H 2 O Ca 2+ + 2 OH + H 2   Са   Н 2 О
2 Al + 3 Br 2 Al 2 Br 6   Ал   Бр 2
Мг + 2 Н + Мг 2+ + Н 2   Мг   Н +
Mg + H 2 O MgO + H 2   Мг   Н 2 О


Конъюгат окисляющий
Пары агент/восстановитель

Металлы действуют как восстановители в своих химических реакциях.
Например, при нагревании меди над пламенем поверхность
медленно чернеет, так как металлическая медь восстанавливает кислород в
атмосфере с образованием оксида меди(II).

Если мы выключим пламя и продуем H 2 газом над
поверхность горячего металла, черный CuO, образовавшийся на поверхности
металл медленно превращается обратно в металлическую медь. В ходе
этой реакции CuO восстанавливается до металлической меди. Таким образом, Н 2
является восстановителем в этой реакции, а CuO действует как
окислитель.

Важной особенностью окислительно-восстановительных реакций может быть
определяется путем изучения того, что происходит с медью в этой паре
реакций. Первая реакция превращает металлическую медь в CuO,
тем самым превращая восстановитель (Cu) в окислитель
агент (CuO). Вторая реакция превращает окислитель
(CuO) в восстановитель (Cu). Каждый восстановитель
следовательно, связанный или связанный с сопряженным окислителем, и
наоборот.

Каждый раз, когда восстановитель теряет электроны, он образует
окислитель, который мог бы получить электроны, если бы реакция была
перевернутый.

И наоборот, каждый раз, когда окислитель получает электроны, он
образует восстановитель, который может потерять электроны, если реакция
пошел в обратном направлении.

Идея о том, что окислители и восстановители связаны,
или спаренные, поэтому их называют сопряженными окисляющими
агенты и восстановители. Сопряжение происходит от латинского
основа, означающая «соединяться вместе». Поэтому используется
для описания вещей, которые связаны или связаны, например, окисление
агенты и восстановители.

Все металлы основной группы являются восстановителями. Они, как правило,
«сильные» восстановители. Активные металлы в группе
ИА, например, лучше любых других элементов отдают электроны
в периодической таблице.

Тот факт, что активный металл, такой как натрий, является сильным
восстановитель должен рассказать нам что-то об относительном
сила Na 9Ион 0060 + в качестве окислителя. Если
металлический натрий относительно хорошо отдает электроны, Na +
ионы должны быть необычно плохо улавливают электроны. Если На является
сильным восстановителем, ион Na + должен быть слабым
окислитель.

И наоборот, если O 2 имеет такое высокое сродство к
электронов, что он необычайно хорошо принимает их от других
элементы, он должен иметь возможность цепляться за эти электроны, как только он
подбирает их. Другими словами, если O 2 сильный
окислителем, то ион О 2- должен быть слабым
Восстановитель.

В целом взаимосвязь между сопряженным окислением и
восстановители можно описать следующим образом. Каждый сильный
восстановитель (например, Na) имеет слабый сопряженный окислитель
(например, ион Na
+ ). Каждый сильный
окислитель (такой как O
2 ) имеет слабую
сопряженный восстанавливающий агент (такой как O
2-
ион).


Относительная сила
металлов как восстановителей

Мы можем определить относительную силу пары металлов как
восстановители, определяя, происходит ли реакция, когда один
одного из этих металлов смешивается с солью другого. Рассмотрим
относительная прочность железа и алюминия, например. Ничего такого
происходит, когда мы смешиваем порошкообразный металлический алюминий с оксидом железа (III).
Однако если мы поместим эту смесь в тигель и получим
реакция начинается с приложения небольшого количества тепла, бурная реакция
происходит с образованием оксида алюминия и расплавленного металлического железа.

2 Al( s ) + Fe 2 O 3 ( s )
Al 2 O 3 ( s ) + 2 Fe( l )

Присвоив степени окисления, мы можем определить окисление
и восстановление половин реакции.

Алюминий окисляется до Al 2 O 3 в этом
реакции, а это значит, что Fe 2 O 3 должен быть
окислитель. И наоборот, Fe 2 О 3 есть
восстанавливается до металлического железа, а это означает, что алюминий должен быть
Восстановитель. Потому что восстановитель всегда превращается
в сопряженный с ним окислитель в окислительно-восстановительной
реакция, продукты этой реакции включают новый окислитель
агент (Al 2 O 3 ) и новый восстановитель
(Фе).

Поскольку реакция идет в этом направлении, кажется
разумно предположить, что исходные материалы содержат
более сильный восстановитель и более сильный окислитель.

Другими словами, если алюминий восстанавливает Fe 2 O 3
для формирования Al 2 O 3 и металлического железа, алюминий должен
быть более сильным восстановителем, чем железо.

Из того факта, что алюминий не может восстанавливать
хлорид натрия с образованием металлического натрия, который исходные материалы
в этой реакции более слабый окислитель и более слабый
Восстановитель.

Мы можем проверить эту гипотезу, спросив: что происходит, когда мы
попробовать запустить реакцию в обратном направлении? (Натрий
достаточно прочный металл, чтобы восстановить соль алюминия до алюминия
металл?) При проведении этой реакции мы обнаруживаем, что металлический натрий может,
фактически восстанавливают хлорид алюминия до металлического алюминия и натрия
хлорида, когда реакцию проводят при температурах, достаточно высоких для
расплавить реагенты.

3 Na( l ) + AlCl 3 ( l )
3 NaCl( l ) + Al( l )

Если натрий достаточно силен, чтобы восстановить Al 3+
соли к металлическому алюминию, а алюминий достаточно прочен, чтобы восстановить
солей Fe 3+ к металлическому железу, относительная сила
эти восстановители можно резюмировать следующим образом.

Na > Al > Fe

Практическая задача 4:

Использование
следующие уравнения для определения относительного
сильные стороны натрия, магния, алюминия и кальция
металл как восстановитель.

2 Na + MgCl 2 2
NaCl + Mg

Al + MgBr 2

Ca + MgI 2
CaI 2 + Mg

Ca + 2 NaCl

Нажмите
здесь, чтобы проверить свой ответ на практическое задание 4

Определение и примеры окисления — Биологический онлайн-словарь

Окисление

сущ. , множественное число: окисления

[ˌɒksɪˈdeɪʃən]

Определение: процесс, акт или результат окисления

Содержание

Определение окисления

Как мы определяем окисление? Существует несколько определений процесса окисления. Окисление можно рассматривать как присоединение атома кислорода к соединению. Противоположность этому процессу называется восстановлением, при котором происходит удаление электрона.

Посмотрите на рисунок-1. Когда железная руда (Fe 2 O 3 ) реагирует с монооксидом углерода (CO) с образованием железа (Fe) и газообразного диоксида углерода (CO 2 ).

Где добавляется кислород? Добавляется в CO для получения CO 2 . Таким образом, можно сказать, что СО окисляется. Какой окисленный CO? Fe 2 O 3 окисленный СО путем выделения кислорода; таким образом. Fe 2 O 3 называется «окислителем» .

Рисунок 1: Окисление CO до CO 2 . Предоставлено: Джим Кларк – Определения окисления и восстановления.

Что CO сделал с Fe 2 O 3 ?

CO восстановленный Fe 2 O 3 путем удаления из него кислорода . Таким образом, мы можем сказать, что CO является « восстановителем» , который восстанавливает Fe 2 O 3 до чистого Fe (железа).

Хорошо, добавление или удаление кислорода является одним из определений окисления и восстановления соответственно .

Биологическое определение:
Биологическое окисление
— это биологический процесс, который включает потерю электронов, в отличие от процесса восстановления, при котором электроны приобретаются. Окисление и восстановление, однако, связаны вместе как окислительно-восстановительная реакция , которая является реакцией с выработкой энергии внутри клетки.

Этимология: от французского, от «оксидер», что означает «окислять», от оксида. Вариант: окисление. Сравните: уменьшение.

Существует более четкое определение этих процессов:

Окисление определяется как процесс, при котором электрон удаляется из молекулы во время химической реакции.

Что происходит при окислении? При окислении происходит перенос электронов . Другими словами, при окислении происходит потеря электронов . Существует обратный процесс окисления, известный как восстановление, в котором прирост электронов .

Давайте поймем химию окисления, наблюдая за приведенной ниже реакцией:

CuO + Mg → MgO + Cu

В приведенной выше реакции ион Mg теряет электроны с образованием оксида магния . Точно так же CuO получает электрон и становится чистой Cu ( медь ).

Окисление происходит, когда молекула, атом или ион повышают свою степень окисления. Обратный механизм известен как редукция 9.0004 , что происходит по мере уменьшения количества электронов или степени окисления атома, молекулы или иона.

Еще одним хорошим примером является то, что фтористоводородная кислота образуется в результате реакции газообразного водорода и фтора:

h3 + F2 → 2HF

Вышеупомянутая реакция окисляет водород и восстанавливает фтор. Если описаны две полуреакции, реакцию можно лучше всего понять.

h3 → 2H+ + 2e-

F2 + 2e- → 2F-

Окисление с участием кислорода

Кислород был добавлен к соединению как старый метод окисления. Это произошло потому, что первым известным окислителем был газообразный кислород (O 2 ). Хотя кислород обычно добавляют к соединению в соответствии с потребностью в потере электронов и увеличением степени окисления, концепция окисления была расширена за счет включения дополнительных химических реакций.

Старая концепция окисления железа в сочетании с кислородом с образованием оксида железа является классическим примером реакции окисления. Железо окислилось до ржавчины. Химическая реакция следующая:

2Fe + O 2 → Fe 2 O 3

Оксид железа, известный как ржавчина , образуется в результате окисления оксида железа.

Окисление с участием водорода

Окисление с участием кислорода — это современное значение термина окисление. Также есть другое описание водорода, которое можно использовать в органической химии. Это противоположно концепции кислорода и, таким образом, может создать путаницу. Все равно приятно помнить об этом. Окисление – это потеря водорода, согласно описанию, тогда как восстановление – получение водорода.

Примером этого является образование этанола путем окисления этанола.

CH 3 CH 2 OH → CH 3 CHO

Известно, что этанол окисляется при потере водорода. Изменив уравнение и добавив водород к этанолу, можно уменьшить содержание этанола.

Химия «Нефтяная вышка»

Нефтяная вышка может быть использована для понимания современной концепции окисления и восстановления. Он имеет дело только с электронами, а не с кислородом или водородом. Это простая техника, позволяющая распознать и запомнить, какой элемент окисляется, а какой восстанавливается. Oil rig расшифровывается как O xidation I s L oss, R eduction i s g ain o e f 90s

Это удобное сокращение для обозначения потери или притока электронов. Атом становится ионом, если он получает или теряет электрон. Термин, используемый для объяснения этого механизма, зависит от того, потерял ли атом (окисление) или приобрел (восстановление) электрон.

Например, если атом водорода (H) теряет электрон, он становится положительно заряженным ионом (H+). Итак, можно сказать, что атом водорода окислился и произошла реакция окисления. И наоборот, если атом хлора (Cl) получает электрон, он становится отрицательно заряженным ионом (Cl ). Поэтому говорят, что атом хлора восстановился и произошла реакция восстановления.

Процесс окисления

Процессы окисления и восстановления происходят одновременно и не могут осуществляться независимо друг от друга. Отдельные реакции окисления и восстановления принимают за полуреакции, затем две полуреакции объединяются, образуя полную реакцию. Полученные или потерянные электроны явно используются, так что полуреакция с электрическим зарядом уравновешивается. Комбинация этих полуреакций, формирующая чистое химическое уравнение, имеет тенденцию уравновешивать электроны.

Окислители и восстановители

Восстановитель передает электроны окислителю во время окислительно-восстановительного процесса. Таким образом, в реакции электроны теряются и окисляются восстановителем, а восстанавливаются за счет приобретения электронов окислителем.

Окислители

Окислители представляют собой вещества, которые могут терять электроны из другого вещества, считаются окислителями или окислителями и называются окислителями. Другими словами, окислитель отбирает электроны у другого материала и, таким образом, восстанавливается. Окислитель также можно назвать акцептор электронов , потому что он принимает электрон. Химикаты с высокой степенью окисления, такие как H 2 O 2 , MnO 4 , или элементы с высокой электроотрицательностью, такие как O 2 , F 2 , являются хорошими примерами окислителей.

Восстановители

Восстановители – это вещества, которые обладают потенциалом восстанавливать другие вещества, заставляя их приобретать электроны, считаются восстановителями или восстановителями и называются «восстановителями» . Они окисляются и передают электроны другим веществам. Кроме того, восстановитель также известен как донор электронов , поскольку он отдает электрон другому веществу. Натрий, магний, железо, и т. д., , которые являются электроположительными металлами, являются хорошими примерами восстановителей.

Окислительно-восстановительные реакции (окислительно-восстановительные реакции)

Давайте теперь разберемся с концепцией окислительно-восстановительных реакций и их основных типов.

Что такое окислительно-восстановительная реакция?

Окислительно-восстановительная реакция , также известная как окислительно-восстановительная реакция , представляет собой реакцию, в которой изменяется степень окисления вовлеченных атомов. Понятие охватывает широкий спектр процессов. Многие реакции восстановления и окисления столь же естественны, как горение, ржавление и растворение металлов, потемнение фруктов и дыхание, а также фотосинтез, являющийся основным механизмом жизни.

Основные классификации

Окислительно-восстановительные процессы в основном требуют переноса атомов кислорода и водорода или электронов. Все три процесса имеют две общие черты: Во-первых, они связаны, что означает, что за реакцией окисления следует взаимная реакция восстановления. Во-вторых, речь идет о чистом химическом изменении, которое означает переход электрона или атома из одного вещества в другое.

В окислительно-восстановительных реакциях примеры трех типичных форм окислительно-восстановительных реакций приведены ниже, взаимность и результирующий сдвиг хорошо описаны.

Перенос атома кислорода

Происходит реакция между оксидами углерода и ртути с образованием диоксида углерода и металлической ртути. Связывающая способность оксида ртути считается равной +2, и изменение степени окисления можно увидеть ниже.

C + 2HgO → CO 2 + Hg

Углерод окисляется при получении кислорода; в ртути удаляется оксид-кислород и снижается комплементарность. Чистое изменение включает переход от звеньев оксида ртути с двумя атомами кислорода к атому углерода.

Перенос атома водорода

В следующей реакции происходит перенос атомов водорода из гидразина, соединения азота и водорода, в кислород:

N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O

Гидразин окисляется до молекулярного азота, теряет водород, тогда как кислород восстанавливается до воды, приобретая водород.

Электронный перенос

Металлический цинк и ион меди реагируют в водном растворе с образованием металлической меди и водного иона цинка.

Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu[a]

Металлический цинк окисляется, когда два его электрона переходят и становятся водным ионом цинка. Кроме того, ион меди получил электроны и был восстановлен до металлической меди. Перенос двух электронов — это чистое изменение, которое потерял цинк и приобрел медь.

Стехиометрическая основа

Никакая информация о механизме, посредством которого происходит изменение, не может быть получена, когда окислительно-восстановительные процессы определяются, как указано выше. Общее объяснение известно как стехиометрия реакции, которая дает характерные пропорции сочетающихся элементов и соединений. Реакции известны как стехиометрические окислительно-восстановительные и неокислительно-восстановительные; стехиометрические группы включают атом кислорода, атом водорода и перенос электрона.

Изменение степени окисления

Новая теория молекулярной структуры сделала возможным полное описание процессов окисления и восстановления. Каждый атом содержит положительное ядро, окруженное отрицательными электронами, которые определяют характеристики связывания каждого элемента. Атомы отдают, приобретают или обмениваются электронами при образовании химических связей. Это позволяет присвоить каждому атому степень окисления, определяющую количество электронов, которые могут образовывать связи с другими атомами. Тенденция связывания внутри молекулы определяется конкретными атомами в молекуле и ее конкретной связывающей способностью, и каждый атом следует рассматривать как находящийся в определенной степени окисления, описываемой как степень окисления.

Окислительно-восстановительные процессы характеризуются как реакции с последующим изменением степени окисления: увеличение степени окисления атома коррелирует с окислением; уменьшаться, уменьшаться. Реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления, известны как окислительно-восстановительные процессы, в которых увеличение степени окисления атома соответствует окислению, а уменьшение степени окисления соответствует восстановлению. Примером степени окисления элемента является Fe3+, что означает железо в степени окисления +3.

Примеры окисления

Очень эффективным окислителем является молекулярный кислород, который непосредственно окисляет почти все металлы и многие неметаллы. Эти прямые окисления приводят к нормальным оксидам, таким как литий, цинк, фосфор и сера.

  • 4Li + O 2 → 2Li 2 O (lithium oxide)
  • 2Zn + O 2 → 2ZnO (zinc oxide)
  • 4P + 5O 2 → P 4 O 10 (пентоксид фосфора)
  • S + O 2 → SO 2 (двуокись серы)

Что такое окисление в химии?

Хорошим примером окисления в химии является замещение металла. В соединении или растворе атом металла замещает другой атом металла. Медь, например, образуется при реакции металлического цинка в растворе сульфата меди (II):

Zn(т) + CuSO 4 (водн.) → ZnSO 4 (водн. ) + Cu( s)

В приведенном выше примере окислительно-восстановительной реакции в растворе сульфата меди ион меди (II) замещается металлическим цинком и образуется свободная металлическая медь. Реакция протекает самопроизвольно и дает 213 кДж на 65 г цинка, поскольку по сравнению с цинком низкая энергия металлической меди обусловлена ​​​​связью через ее d-орбитали, которые частично заполнены.

Реакция для ионного уравнения:

Zn + Cu 2+ → Zn 2+ + Cu

В результате двух полуреакций цинк окисляется:

Zn → Zn 61 + 2+ 90e

А медь восстанавливается:

Cu 2+ + 2e → Cu

электрод, погруженный в CuSO 4 решение. Кредит: Огайостандарт — схема гальванического элемента, CC BY-SA 4.0

Еще одним примером является восстановление нитратов до азота в присутствии кислоты, известное как денитрификация. Реакция может быть написана как:

2NO 3 + 10E + 12H + → N 2 + 6H 2 O

Гидроконовый сгорание, например, внутренняя комбинация, продува H

. 2 O, CO, некоторые частично окисленные источники CO 2 и тепловая энергия. Полное окисление углеродсодержащих материалов создает CO 2 .

Окисление углеводородов в органической химии кислородом приводит к образованию воды, а затем спирта, альдегида или карбоновой кислоты, кетона, а затем перекиси.

Что такое окисление в биологии?

Многочисленные важные процессы требуют окислительно-восстановительных реакций. Клеточное дыхание, например, в биологии — это окисление глюкозы до углекислого газа и кислорода до восстановления воды. Уравнение клеточного дыхания резюмируется следующим образом:

C[b] 6 H[c] 12 O[d] 6 + 6O[e] 2 → 6CO[f] 2 + 6H[g] 2 O[h]

Механизм клеточного дыхания также в значительной степени зависит от восстановления НАД+ до НАДН и обратной реакции (окисление НАДН до НАД+). И фотосинтез, и клеточное дыхание связаны между собой; однако при клеточном дыхании фотосинтез не является обратным окислительно-восстановительной реакции.

6CO 2 + 6H 2 O + световая энергия → C 6 H 12 O 6 + 6O 2

В ходе окислительно-восстановительных реакций часто собирается и высвобождается биологическая энергия.

Рисунок 4: Цикл Кребса клеточного дыхания. Источник

Фотосинтез требует восстановления углекислого газа до сахаров, а также окисления воды молекулярным кислородом. Вода и CO 2 производятся путем окисления сахаров посредством обратной реакции дыхания. Молекулы восстановленного углерода используются в качестве промежуточных стадий для восстановления NAD+ (никотинамидадениндинуклеотида) до NADH, что затем помогает создать градиент протонов, который активирует синтез аденозинтрифосфата (АТФ) и сохраняет восстановление кислорода. Функции митохондрий сопоставимы.

 

Окисление в геологии

Окислительно-восстановительная реакция играет важную роль в геологии наряду с химией и биологией. Окислительно-восстановительный потенциал важен для добычи и мобилизации полезных ископаемых, а также важен при определенных условиях отложения. Как правило, цвет породы определяется окислительно-восстановительным состоянием большинства минералов. В окислительных условиях порода приобретает форму и окрашивается в красный цвет. Затем появляется зеленый или иногда белый цвет, когда через породу протекает восстановительная жидкость. Восстановленный флюид также может сопровождать минералы, содержащие уран. Месторождения урана и мрамор Моки являются известными примерами окислительно-восстановительных реакций, влияющих на геологические процессы.

Возможно, вам будет интересно узнать больше об окислении как крупном геологическом событии, сформировавшем Землю. Посмотрите видео ниже. Предоставлено: Европейский союз наук о Земле (EGU).

 

Попробуйте ответить на приведенный ниже тест и посмотреть, что вы уже узнали об окислении.