Важнейшие окислители и восстановители

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ РЕАКЦИИ

Реакции, в которых происходит изменение степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих соединений, называются окислительно-восстановительными. Под степенью окисления (с.о.) понимают заряд элемента в соединении, вычисленный, исходя из предположения, что соединение состоит из ионов.

Степень окисления элемента в простом веществе, например в Zn, Сa, H₂, Вг₂, S, O₂, равна нулю.

Определение степени окисления элемента в соединении проводят, используя следующие положения:

1. Степень окисления кислорода в соединениях обычно равна –2. Исключения составляют пероксиды H₂⁺¹O₂^–1, Na₂⁺¹O₂^–1и фторид кислорода О⁺²F₂.

2. Степень окисления водорода в большинстве соединений равна +1, за исключением солеобразных гидридов, например, Na⁺¹H^-1.

3. Постоянную степень окисления имеют металлы IА группы (щелочные металлы) (+1); металлы IIА группы (бериллий, магний и щелочноземельные металлы (+2)); фтор (–1).

4. Алгебраическая сумма степеней окисления элементов в нейтральной молекуле равна нулю, в сложном ионе – заряду иона.

В качестве примера рассчитаем степень окисления марганца в соединении К₂MnO₄ и в анионе (MnO₄)⁻. Сначала поставим степень окисления над теми элементами, для которых она известна. В нашем примере постоянную степень окисления имеют калий (+1) и кислород (-2). Степень окисления марганца обозначим через х. Далее составляем алгебраическое уравнение. Для этого индекс при каждом элементе умножаем на степень окисления этого элемента, все складываем и приравниваем правую часть нулю:

К₂⁺¹ Mn^хO₄^–2 2∙(+1)+ x + 4 (–2) = 0 x = + 6

Таким образом, степень окисления хрома в К₂MnO₄ равна +6.

Чтобы определить степень окисления марганца в анионе (MnO₄)^‾ поступаем точно также, только правую часть приравниваем заряду иона, в нашем случае -1

(Mn^хO₄⁻²)^‾ x + 4 (–2) = –1 x = + 7.

В окислительно-восстановительных реакциях электроны от одних атомов, молекул или ионов переходят к другим.Окисление – процесс отдачи электронов, сопровождающийся повышением степени окисления элемента. Восстановление – процесс присоединения электронов, сопровождающийся понижением степени окисления элемента. Окисление и восстановление – взаимосвязанные процессы, протекающие одновременно. Окислителями называют вещества (атомы, молекулы или ионы), которые в процессе реакции присоединяют электроны, восстановителями – вещества, отдающие электроны.

Ca⁰ + Cl₂⁰ = Ca⁺²Cl₂^–1

восстановитель Ca⁰ –2ē → Ca⁺² окисление

окислитель Cl₂⁰ +2ē → 2Cl^– восстановление.

Окислителями могут быть:

1. Простые вещества - неметаллы: галогены F₂,Cl₂, Br₂, I₂, кислород O₂, сера S.

2. Положительно заряженные ионы металлов Fe³⁺, Au³⁺, Hg²⁺, Cu²⁺, Ag⁺.

3. Сложные ионы и молекулы, содержащие атомы металла в высшей степени окисления KMn⁺⁷O₄, K₂Cr₂⁺⁶O₇, NaBi⁺⁵O₃ и др.

4. Атомы неметаллов в положительной степени окисления HN⁺⁵O₃, концентрированная H₂S⁺⁴O₄, HCl⁺¹O, KCl⁺⁵O₃, NaBr⁺¹O и др.).

Типичными восстановителями являются:

1. Простые вещества - металлы. У металлов на внешнем уровне находится 1, 2, 3 электрона, которые они легко отдают М⁰ −nē → Мⁿ⁺,

где n – число отданных электронов, равное 1, 2, 3, М – металл (Na, Ca, Mg, Al и др.)

2. Простые вещества - неметаллы (углерод, водород, кремний, бор).

3. Отрицательно заряженные ионы неметаллов (S^2-, I^-, Br^-, Cl^- и др.).

4. Положительно заряженные ионы металлов в низшей степени окисления (Sn²⁺, Fe²⁺, Cr²⁺, Mn²⁺, Cu⁺ и др.).

Соединения, содержащие элементы в максимальной и минимальной степенях окисления, могут быть соответственно или только окислителями (KMnO₄, K₂Cr₂O₇, HNO₃, H₂SO₄, PbO₂), или только восстановителями (KI, Na₂S, NH₃). Если же вещество содержит элемент в промежуточной степени окисления, то в зависимости от условий проведения реакции оно может быть и окислителем, и восстановителем. Например, нитрит калия KNO₂, содержащий азот в степени окисления +3, пероксид водорода H₂O₂, содержащий кислород в степени окисления -1, в присутствии сильных окислителей проявляют восстановительные свойства, а при взаимодействии с активными восстановителями являются окислителями.