Окислительно-восстановительные реакции - основные понятия

6. Окислительно-восстановительные реакции

6.1. Основные понятия

Под электроотрицательностью атома понимают услов­ную величину, характеризующую способность атома в химиче­ском соединении притягивать к себе связующее электронное облако.

Валентностью элемента называют способность атомов об­разовывать химические связи. Количественно валентность опре­деляется числом химических связей, образованных атомом.

Для характеристики состояния элементов в соединениях введено понятие «степень окисления». Под степенью окисления понимается воображаемый заряд атома в соединении, вычислен­ный, исходя из предположения, что соединение состоит из ио­нов. Определение степени окисления проводят, используя сле­дующие правила:

1) степень окисления атома в простом веществе, например, в металле или в Н₂, N₂, Оз, равна нулю;

2) степень окисления атома в виде одноатомного иона в со­единении, имеющем ионное строение, равна заряду данного иона;

3) в соединениях с ковалентными полярными связями отри­цательный заряд относят к более электроотрицательному эле­менту;

4) алгебраическая сумма степеней окисления атомов в ней­тральной молекуле равна нулю, в сложном ионе - заряду иона.

Рекомендуемые материалы

Большинство атомов в соединениях могут проявлять пере­менную степень окисления.

В качестве примера рассчитаем степень окисления азота в соединениях KNO₂ и KNO₃. Степень окисления водорода и ще­лочных металлов в соединениях равна +1, а степень окисления кислорода равна -2. Соответственно степень окисления азота равна:

KNO₂       l+ х + 2×(-2) = 0; х = +3.

KNO₃       1 + х + 3×(-2) = 0; х = +5.

Аналогичным способом можно определить степень окисле­ния элементов в любых соединениях.

Максимальная для металлов и минимальная для неметал­лов степени окисления имеют периодическую зависимость от порядкового номера элемента в периодической системе эле­ментов Д. И. Менделеева, что обусловлено электронным строе­нием атомов.

Любая окислительно-восстановительная реакция (ОВР) со­стоит из процессов окисления и восстановления.

Окисление - это отдача электронов атомами вещества, т. е. повышение степени окисления атома. В качестве примера рас­смотрим реакцию окисления цинка:

Zn° - 2e ® Zn²⁺.

Как видно, степень окисления цинка повышается от 0 до +2. Вещества, отдающие свои электроны в процессе реакции, назы­вают восстановителями. В данной реакции восстановителем является цинк. В результате реакции степень окисления элемен­та возрастает. Это значит, что вещество из восстановленной формы превращается в окисленную. Для приведенной реакции восстановленной формой вещества будет металлический цинк, а окисленной формой - ионы Zn²⁺.

К типичным восстановителям относятся простые вещества, атомы которых имеют малую электроотрицательность, напри­мер: металлы, водород, углерод, анионы, атомы которых нахо­дятся в низкой или низшей степени окисления, например: Сl^-, Н₂РО^-, а также углеводороды, азотоводороды, бороводороды и др.

Вам также может быть полезна лекция "Отсутствие взаимных симпатий в личных человеческих отношениях".

Восстановление - это присоединение электронов к веществу и понижение степени окисления атомов. Например, реакция вос-становленя иона Сu²⁺:

Сu²⁺+2е ® Сu⁰.

Вещество, принимающее электроны, называется окислите­лем. В данной реакции окислителем будет ион Сu²⁺. В результа­те реакции степень окисления атомов понижается. Поэтому можно сказать, что вещество из окисленной формы превращает­ся в восстановленную.

К типичным окислителям относятся простые вещества, атомы которых характеризуются высокой электроотрицательно­стью, например: галогены и кислород; соединения кислорода, например, пероксиды; соединения благородных газов, например, KrF₆; катионы и анионы, содержащие атомы с высокой степенью окисления, например: Fe³⁺, Pb⁴⁺, Cr⁶⁺.

Раздельное протекание реакций окисления и восстановления происходит лишь в электрохимических процессах. В химиче­ских ОВР окисление и восстановление взаимосвязаны. В ходе ОВР восстановитель отдает свои электроны окислителю. На­пример, в реакции окисления углерода кислородом электроны перемещаются от углерода к кислороду:

C⁰ + O₂^-2 = C⁺⁴O₂^-2.