Окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительные реакции часто довольно громоздки и, тем не менее, их нужно уметь уравнивать. Для этой цели используют предельно простую модель молекулы. Прежде всего вводят понятие о степени окисления атома в молекуле. Начнем с конкретных примеров. Степень окисления атомов в молекулах простых веществ (H2, F2, O2, O3, графит, алмаз, металлы) принимается равной нулю. Атомы щелочных металлов во всех соединениях с неметаллами имеют степень окисления равную +1 (если вспомнить о ионном характере связи в этих молекулах, то это действительно так). Атомы фтора (самого активного из всех неметаллов) во всех соединениях имеют степень окисления равную -1. В соединениях с металлами, где имеется ионный тип связи, это действительно так. Но выше мы уже видели, что в молекуле HF электронная пара, образующая химическую связь, лишь немного смещена к атому фтора и у него (исходя из величины дипольного момента) появляется заряд равной -0.4. При введении понятия "степень окисления" постулируется, что все ковалентные полярные связи становятся ионными. И только после этого нужно вычислиь тот заряд, который был бы у данного атома, а величину этого заряда в целых единицах принимают за степень окисления.

Атомы кислорода во всех соединениях (кроме O2, O3, H2O2 и ее производных, F2O) имеют степень окисления равную -2.

 

Дальше начинается элементарный подсчет. Любая молекула в целом электронейтральна: сумманое число положительных степеней окисления в молекуле равно суммарному числу отрицательных степеней окисления. Рассмотрим оксиды азота:

Так как степень окисления атомов кислорода равна -2, то степень окисления атомов азота можно легко подсчитать (они приведены под формулами оксидов).

Водород в соединениях с металлами (в молекулах гидридов металлов) имеет степень окисления равную -1. Водород в соединениях с неметаллами (как самый слабый из неметаллов) имеет степень окисления равную +1.

Итак, степень окисления атома в молекуле равна тому заряду, который был бы на данном атоме, если бы все ковалентные полярные связи стали ионными.

 

В качестве примера уравнивания окислительно- восстановительной реакции рассмотрим реакцию горения угля:

C + O2 = CO2,

Подытожим все сказанное.

Химические реакции, в которых атомы одного или нескольких элементов изменяют свою степень окисления, называются окислительно- восстановительными.

Окислители - это вещества, которые в результате химической реакции присоединяют к себе электроны (в разобранной реакции это и кислород, и молекулы кислорода, и атомы кислорода - можно использовать любое название).

Восстановители - это вещества, которые в результате химической реакции отдают электроны (в разобранной реакции это углерод или атом углерода).

Восстановители в результате окислительно-восстановительной реакции окисляются (у атомов восстановителя отбираются электроны).

Окислители в результате окислительно-восстановительной реакции восстанавливаются (атомы окислителя присоединяют к себе электроны).

В сульфате меди степень окисления атома меди равна +2 (Cu+2), атома кислорода -2 (О-2). При электролитической диссоциации в растворе появляются реальные ионы:

CuSO4 = Cu2+ + SO42-.

Чтобы подчеркнуть, что это реальные ионы, числа пишут перед знаком заряда (а в степенях окисления атомов - наоборот).

Кроме метода электронного баланса при уравнивании окислительно- восстановительных реакций часто используется метод электронно- ионного баланса. Он иногда имеет определенные преимущества.

Окислители

Из простых веществ наиболее сильными окислителями являются неметаллы. Прежде всего это фтор и галогены. Активным окислителем является кислород (стоит на втором месте по окислительной способности после фтора). Из кислот наиболее сильными окислителями являются концентрированная азотная и концентрированная серная, из солей, особенно в кислой среде, - перманганаты и бихроматы, из оксидов - высшие оксиды неметаллов: SO3, Cl2O7 и металлов: CrO3, MnO2, Mn2O7, PbO2.

Восстановители

Из простых веществ наиболее сильными восстановительными свойствами обладают щелочные и щелочноземельные металлы. Все прочие металлы обычно располагают в электрохимический ряд напряжений:

Li, Rb, K, Ba, Sr, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Cd, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Ag, Au

При высоких температурах сильными восстановительными способностями обладают углерод, окись углерода, водород.

 

 

 

другие статьи:

1. Агрегатные состояние вещества
2. Строение атома - развитие моделей
3. Квантовая механика и строение атома водорода
4. Электронные конфигурации атомов и периодический закон
5. Ядра атомов. Радиоактивность и изотопы
6. Строение молекул. Типы химической связи
7. Квантовая механика молекул и теория химической связи. Метод молекулярных орбиталей. Теория спин-валентности
8. Окислительно-восстановительные реакции
9. Химическая термодинамика
10. Химическая кинетика и катализ
11. Химическое равновесие. Обратимые и необратимые реакции
12. Электрохимия. Свойства электролитов. Электролиз