Раздел 11. Окислительно-восстановительные реакции

11.1. Теоретическая часть

11.1.1. Определения

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – это такие химические реакции, в которых происходит передача электронов от одних частиц (атомов, молекул, ионов) к другим, в результате чего степень окисления атомов, входящих в состав этих частиц, изменяется.

Наличие атомов, у которых в ходе реакции изменяется степень окисления - характерный признак ОВР.

Степень окисления (СО) – условный заряд, который можно приписать атому, входящему в состав какой-либо частицы (молекулы, иона), исходя из предположения о чисто ионном характере связи в данной частице (частица состоит из ионизированных атомов).

_{Величина СО выражается в количестве отданных или принятых электронов. Заряд одного электрона равен –1,60218·10}^-19 _{Кл. Когда электроны принимаются степень окисления отрицательна, когда отдаются – степень окисления положительная.}

11.1.2. Правила расчета степени окисления (со)

1. Сумма СО всех атомов в частице равна заряду этой частицы, а для молекулы равна нулю. В простых веществах СО всех атомов равна 0.

2. Постоянную степень окисления имеют атомы: щелочных металлов (+1), щелочноземельных металлов (+2), водорода (+1) (кроме гидридов, например NaH, CaH₂ и др., где степень окисления водорода -1), кислорода (-2) (кроме F₂^-1O⁺² и пероксидов, содержащих группу –O–O–, в которой степень окисления кислорода -1).

Например, в CaO: СО(Сa)= +2, СО(О)= -1.

3. Максимальная СО равна номеру группы (для короткопериодного варианта периодической таблицы элементов Д.И. Менделеева), за исключением ряда элементов, входящих в VIIIБ и IБ-подгруппы, и некоторых f-элементов. Минимальная СО неметаллов равна: N_группы–8. Например, P⁺⁵ и P^-3, S⁺⁶ и S^-2.

4. В соединениях с ионным и ковалентно-полярным характером связи более электроотрицательным атомам соответствует более низкая СО. В бинарных ионных соединениях, атомы неметалла, как правило, проявляют минимальные СО.

ОВР – один из наиболее распространённых и важных типов реакций не только в живой и неживой природе, но и в практической деятельности человека. Главная особенность ОВР – конкуренция за электроны между окислителем и восстановителем. В любой ОВР всегда принимают участие две пары конкурирующих за электроны сопряженных окислителей и восстановителей (редокс пары).

Окислитель (Ox) – частица, которая в ходе ОВР приобретает электроны.

Восстановитель (Red) – частица, которая в ходе ОВР отдаёт электроны.

Восстановление – процесс, в ходе которого окислитель приобретает электроны и переходит в сопряжённую восстановленную форму.

При восстановлении степень окисления понижается, например:

S⁰ + 2ē ® S^-2; Cl₂⁰ +2ē ® 2Cl^- ; Cr⁺⁶ +3ē ® Cr⁺³; O₂⁰ + 4ē ® 2O^-2.

Окисление – процесс, в ходе которого восстановитель отдаёт электроны и переходит в сопряжённую окисленную форму.

При окислении степень окисления повышается, например:

S^-2 - 2ē ® S⁰; Fe⁺² - ē ® Fe⁺³; Al⁰ - 3ē ® Al⁺³; 2Br ^- -2ē ®Br₂⁰.

11.1.3. Классификация овр

Существует три типа окислительно-восстановительных реакций:

1. Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции.

Окислитель и восстановитель находятся в разных веществах, а обмен электронами в этих реакциях происходит между различными атомами или молекулами:

S⁰ + O₂⁰ ® S⁺⁴O₂^-2

S - восстановитель; O₂ - окислитель.

Сюда же относятся реакции между веществами, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления:

2H₂S^-2 + H₂S⁺⁴O₃ ® 3S⁰ + 3H₂O.

2. Внутримолекулярные окислительно- восстановительные реакции.

Во внутримолекулярных реакциях окислитель и восстановитель находятся в одной и той же молекуле. Внутримолекулярные реакции протекают, как правило, при термическом разложении веществ, содержащих окислитель и восстановитель.

2KCl⁺⁵O₃^-2 ® 2KCl^-1 + 3O₂⁰­

Cl⁺⁵ - окислитель; О^-2 – восстановитель.

3. Диспропорционирование – окислительно-восстановительная реакция, в которой атомы одного элемента одновременно повышают и понижают степень окисления.

Cl₂⁰ + 2KOH ® KCl⁺¹O + KCl^-1 + H₂O