Модуль 4. Окисно-відновні реакції та електрохімічні процеси
Мета модуля – формування уявлень про електрохімічні системи, процеси, що в них протікають і їх характеристики.
Розділ 4.1. Окисно-відновні реакції
Ступінь окиснення – це умовний заряд атома в молекулі, обчислений у припущенні, що молекула складається з йонів і в цілому електронейтральна (у ряді випадків ступінь окиснення не збігається з валентністю).
Розрахунок ступеня окиснення
Для обчислення ступеня окиснення елемента слід ураховувати наступні положення:
1. Ступінь
окиснення атомів у простих речовинах
дорівнює нулю (
,
).
2. Алгебраїчна сума ступенів окиснення всіх атомів, що входять до складу молекули, завжди дорівнює нулю, а в складному йоні ця сума дорівнює заряду йона.
3. Постійний ступінь окиснення мають атоми: лужних металів (+1), лужноземельних металів (+2), Гідрогену (+1) (крім гідридів NaH, CaH2 тощо, де ступінь окиснення Гідрогену –1), Оксигену (–2) (крім F2O і пероксидів, що містять групу –O–O–, у якій ступінь окиснення Оксигену –1).
4. Для
елементів позитивний ступінь окиснення
не може перевищувати величину, яка
дорівнює номеру групи періодичної
системи. Наприклад:
;
;
;
;
.
Реакції, які супроводжуються зміною ступенів окиснення елементів, називаються окисно-відновними реакціями. Окиснення – процес віддачі електронів атомами, йонами або молекулами, внаслідок чого ступінь окиснення елементів, що втратили електрони, зростає:
– 2ē
→ 2
;
–
2ē →
;
– 3ē →
;
– ē →
;
– 2ē →
;
– 3ē →
.
Відновлення – процес приєднання електронів атомами, йонами або молекулами, внаслідок чого ступінь окиснення елементів, що приєднали електрони, зменшується:
+
2ē →
;
+ 2ē →
; 
+ 3ē →
;
+2ē
→ 2
; 
+ 4ē →
;
+
2ē →
Речовини, що в окисно-відновних реакціях втрачають електрони, називаються відновниками, а речовини, що приєднують електрони, – окисниками. Найважливіші окисники й відновники наведені в табл. 4.1.
Таблиця 4.1
Найважливіші окисники й відновники
Окисники |
Окисники й відновники |
Відновники |
Переважно містять елементи з найвищим ступенем окиснення |
Містять елементи із проміжними ступенями окиснення |
Містять елементи або йони з нижчими ступенями окиснення |
O2, O3, Mn2O7, KMnO4, K2Cr2O7, H2SeO4, HNO3, H2SO4(конц.), PbO2, KClO3, Fe3+, Ag+, HClO4 (безводна), галогени |
H2SO3, HNO2, H2O2, SO2, Na2O2, K2SO3, NaNO2 |
Метали, С, Н2, H2S, Р, СО, НІ, НBr, HCl, NH3, PH3, KI, NaBr, Fe2+, Sn2+, Mn2+, Cr3+ |
Сила або активність окисника й відновника визначається за величиною стандартного окисно-відновного потенціалу (додаток 9). Чим більше додатне значення цієї величини, тим сильніший окисник і чим менше це значення, тим сильнішим є відновник.
Окисно-відновні реакції можуть самодовільно здійснюватися лише в напрямку від більш активного окисника до менш активного, або від більш активного відновника до менш активного.