Сущность окислительно-восстановительных реакций

Автор: | Декабрь 27, 2010

Когда элемент образует простое вещество, распределе­ние электронов вокруг атомов является равномерным. В сложных веществах, где, как правило, связи полярные швалентные, распределение электронов является нерав­номерным. При образовании веществ с ионной связью неравномерность распределения электронов максимальна.

 

Заряд атома, возникающий вследствие смещения электронов ik атому другого элемента, называется степенью окисления элемента. Элемент, электроны которого сме­щаются к атому другого элемента, проявляет положи­тельную степень окисления. Элемент, к ато­мам которого смещаются электроны, проявляет отри­цательную  степень окисления.

В простых веществах степень окисления элемента равна нулю. Многие элементы проявляют различную сте­пень окисления в различных соединениях, однако есть элементы, проявляющие всегда одну и ту же степень окисления (например, степень окисления щелочных ме­таллов всегда +1).

Многие химические реакции протекают таким обра­зом, что при этом изменяется степень окисления одного или нескольких элементов. Например, в реакции:

CuS04 + Fe = Си + FeS04

степень окисления меди изменилась от +2 до 0, а сте­пень окисления железа — от 0 до +2:

Cu+2 + 2fc—            » Cu°,

Fe° —2е~ .        *■ Fe2+.

Реакции, в результате которых изменяются степени окисления элементов, называются окислительно-восста­новительными.

Химический процесс, при котором атомы или ионы теряют электроны, называется окислением. В приведен­ном примере атомы железа окислились в ионы Fe2+. Химические процессы, при которых электроны приобре­таются, называются восстановлением. В приведенном выше примере ионы меди Си2+ восстановились до метал­лической меди.

Окисляющиеся атомы или ионы теряют электроны, что влечет за собой увеличение положительных и умень­шение отрицательных зарядов. При окислении повы­шается положительная степень окисления. При восста­новлении — процессе, обратном окислению, происходит возрастание отрицательных и уменьшение положитель­ных зарядов.

Электроны при реакции окисления — восстановления переходят от одних атомов или ионов к другим, поэтому окисление одних веществ сопровождается (восстановле­нием других. Вещество, которое вызывает окисление ка­кого-либо другого вещества, само восстанавливаясь при этом, называется окислителем. Вещество, окисляющееся при реакции, называется восстановителем.

Окислитель присоединяет электроны, отнимая их у окисляющегося вещества. Восстановитель отдает элек­троны. Число электронов, отданных восстановителем, должно равняться числу электронов, принятых окисли­телем.

Очень часто можно наблюдать, как один окислитель легко окисляет данное вещество, а другой окислитель осуществить это неспособен. Ясно, что у различных окис­лителей и восстановителей разная химическая актив­ность. Чем легче какой-либо атом или ион теряет элек­троны, тем более активным окислителем он является.

При всяком окислительно-восстановительном процес­се из взятых до реакции окислителя и восстановителя получаются новые окислитель и восстановитель, которые являются более слабыми, чем исходные, т. е. реакции окисления — восстановления всегда идут в сторону об­разования более слабых окислителя и восстановителя из более сильных.

В качестве примера мы можем привести способность одних металлов вытеснять (восстанавливать) другие ме­таллы из их солей. Все металлы располагаются в так называемый ряд напряжения: Li, К, Ва, Sr, Са, Na, Mg, Mn, Zn, Fe, Cd, Co, Ni, Sn, Pb, H, Bi, Cu, Hg, Ag, Pt, Au. Чем левее в ряду напряжения расположен металл, тем более сильным восстановителем он является. Поэтому в реакции между железом и сульфатом меди

CuS04 + Fe = Си + FeS04

железо вытесняет медь из ее соли, а обратная реакция идти не может.

Если в растворе имеется окислитель и несколько вос­становителей, с которыми он может реагировать, то в первую очередь он реагирует с наиболее сильным восста­новителем. То же можно сказать о нескольких окислите­лях и одном восстановителе. Последний (будет вначале реагировать с наиболее сильным окислителем.

Соединения, в которых данный элемент находится ^в высшей степени окисления, могут проявлять только свой­ства окислителей. Если в соединении элемент проявляет низшую степень окисления, такое соединение может быть только восстановителем. Если же элемент находится в промежуточной степени окисления, его атомы могут

в зависимости от условий, как принимать, так и отда­вать электроны. Поэтому соединения, содержащие эле­менты в промежуточных степенях окисления, могут про­являть как окислительные, так и восстановительные свойства, в зависимости от условий реакции. Например, пероксид водорода Н202 при реакции с солями хро­ма (III) проявляет свойства окислителя, а при реак­ции с перманганатом калия КМ.п04 — свойства восста­новителя. Подобным же свойством обладает азотистая кислота.

Очень часто окислительно-восстановительные реак­ции идут в кислой или щелочной среде. Реакцию ведут в кислой среде, если при реакции потребуются ионы Н+. Если, наоборот, ионы Н+ образуются в результате реак­ции, то ее надо вести в щелочной среде.

Окислительно-восстановительные реакции имеют большое значение в биологии. Фотосинтез, дыхание, пи­щеварение — все это окислительно-восстановительные процессы.

Широко применяются окислительно-восстановитель­ные реакции как в качественном, так и в количествен­ном анализе. В качественном анализе открытие многих элементов, проявляющих различную степень окисления (Мп2+, Cr3+, I, Br), проводится при помощи окисли­тельно-восстановительных реакций. В количественном анализе в основе целого ряда тетраметрических методов лежат окислительно-восстановительные реакции, напри­мер пермантанатометрйя, йодометрия, броматометрия.