Окислительно-восстановительные реакции

Цель работы: ознакомление с окислительно-восстановительными свойствами металлов, неметаллов и их соединений; освоение методики составления окислительно-восстановительных реакций.

Среди разнообразных химических реакций можно выделить две основные категории:

Реакции первого рода – в ходе реакции степень окисления участвующих в реакции вещества не изменяется. В ходе реакции взаимодействующие частицы не проявляют электронной активности. К этим реакциям относятся огромное число реакции обмена: AgNO₃ + HCl = AgCl + KNO₃,

реакция соединения: Na₂O + H₂O = 2NaOH,

реакция разложения: CaCO₃ = CaO + CO₂.

В реакциях второго рода взаимодействующие частицы (молекулы, атомы или ионы) проявляют электронную активность. Степень окисления электронноактивных частиц в процессе реакции изменяется

Fe⁰ + S⁰ = Fe⁺²S^-2.

В этой реакции электронноактивными являются частицы железа (донор электронов) и серы (акцептор электронов). Степень окисления указанных веществ в ходе реакции изменилась: у Fe от 0 до +2, у S от 0 до -2.

Реакции второго рода известны под названием окислительно-восстановительных или редоксо-реакций.

Окислительно-восстановительными реакциями называют такие реакции, которые сопровождаются передачей всех или части валентных электронов от одних атомов, молекул или ионов к другим атомам, молекулам или ионам, что вызывает изменение величины или знака их электровалентности.

При окислительно-восстановительных реакциях протекает два взаимосвязанных процесса – процесс окисления и процесс восстановления.

Элемент, атомы которого отдают электроны, называется восстановителем. Элемент, атомы которого принимают электроны, называется окислителем.

В результате реакции восстановитель окисляется, а окислитель восстанавливается. Вещество в состав которого входят атомы или ионы, отдающие электроны, называют восстановителем; вещество, в состав которого входят атомы или ионы, присоединяющие электроны, называют окислителем.

Например: Mg⁰ + Cl₂⁰ = Mg²⁺Cl₂^-

В этой реакции Mg, отдавая два электрона атомам Cl, окисляется, а атомы хлора восстанавливаются до ионов Cl^-, имеющих внешнюю оболочку следующего за хлором инертного газа. Mg – восстановитель, Cl₂ – окислитель.

При получении окислительно-восстановительных процессов и при составлении окислительно-восстановительных реакций следует различать понятия валентность и ковалентность атома данного элемента и степень окисления или электрохимическая валентность данного элемента.

Степень окисления атома – это кажущийся заряд атома, возникающий за счет отдачи или присвоения электронов в ионных соединениях или за счет притягивания или оттягивания электронных пар от одного атома к другому в полярных соединениях.

Степень окисления указывают арабской цифрой сверху символа элемента со значком плюс или минус перед цифрой: Cl⁺⁷, Fe⁺³, S^-2 и т.д. Для вычисления степени окисления элемента в соединении руководствуются следующими правилами:

1) Степень окисления атома в простых веществах принимается равной нулю;

2) В нейтральных молекулах алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в их состав, равна нулю, для сложных ионов эта сумма равна заряду ионов;

3) Степень окисления щелочных металлов в соединениях всегда равна +1, а в щелочно-земельных - +2;

4) Степень окисления водорода во всех соединениях, кроме гидридов металлов (NaH, CaH₂ и др.) равна +1; в гидридах металлов степень окисления равна -1.

5) Кислород в большинстве соединений имеет степень окисления -2; в пероксидах содержащих группу -О-О-, степень окисления -1; во фториде кислорода ОF₂ степень окисления +2;

6) Для любого элемента степень окисления не может быть выше, чем величина n, равная номеру группы периодической системы и быть меньше, чем (n -8).