Окислительно-восстановительные реакции

Химические реакции можно подразделить на 2 основных типа. К первому типу относятся реакции, протекающие без изменения степени окисления(реакции обмена, некоторые реакции соединения и разложения). Движущей силой таких процессов является образование продуктов с более прочными связями. В качестве примера можно привести следующие реакции:

K₂O+H₂O= 2KOH3SO₃+Al₂O₃=Al₂(SO₄)₃ NH₄Cl=NH₃+HCl.

Реакции второго типа протекают с изменением степеней окисленияэлементов. К ним относятся все реакции с участием простых веществ, многие природные, лабораторные, промышленные, органические, биохимические и многие другие. Примеры:

_{0 0 +2 -1 0 +2 0 +2 -2 +1 0 -3 +1}

Ca+Cl₂=CaCl₂Zn+CuSO₄=Cu+ZnSO₄C₂H₄+H₂=C₂H₆.

Очевидно, имеет смысл подробнее остановиться на самом понятии степень окисления. В настоящее время степень окисления определяется как условный заряд, возникающий на атомах в сложных соединениях, как результат приема или отдачи определенного числа электронов в соответствии со значениями электроотрицательностей взаимодействующих атомов. Иными словами, условно предполагается, что связи на 100% ионные. При таком подходе конкретные значения степеней окисления могут быть положительными, отрицательными, нулевыми (углерод в метанале СН₂О) и даже дробными (дляFe₃O₄, в котором степень окисления железа равна +8/3, а также во многих органических веществах). Существуют определенные правила, по которым находится степень окисления.

1. Степень окисления атомов в простом веществе равна 0.

2. Степень окисления атомов в простых ионах (Br^-,Cl^-,S^2-и т.д.) равна заряду этого иона.

3. Степень окисления водорода в не ионных соединениях равна +1(а также--1в соединениях с бором и кремнием и активными металлами).

4. Степень окисления кислорода практически всегда равна –2. В пероксидах типа Н₂О₂степень окисления кислорода составит-1, в соединениях со фтором:O₂F₂и ОF₂, соответственно+1и+2). Степень окисления фтора в соединенияхвсегдаравна–1.

5. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов в нейтральной молекуле или формульной единице равна 0, а в ионе – заряду этого иона.

Степень окисления представляет собой величину в заметной степени формальную, не отражающую количественные характеристики реального процесса. Например, в молекуле HClреальные частичные заряды на атомах водорода и хлора равны +0,18 и --0,18, соответственно, а не +1 и --1, как следует из определения степени окисления.

Существуют два фактора, из-за которых меняется степень окисления. Это или переход электронов (полный или частичный) от одного участника процесса к другому, или перераспределение электронной плотности между атомами реагентов в соответствии с конкретным механизмом реакции. При дальнейшем рассмотрении, в целях упрощения, будет рассматриваться изменение степени окисления, как результат перехода электронов.

Окислители и восстановители

По их функции в окислительно-восстановительных процессах их участники делятся на окислителей и восстановителей.

Окислители– это атомы, молекулы или ионы, принимающие электроны от других атомов. Степень окисления окислителя уменьшается.

Восстановители– атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны другим атомам. Степень окисления восстановителя повышается. При протекании ОВР окислитель восстанавливается, восстановитель – окисляется, причем оба процесса протекают одновременно.

Соответственно, окислители и восстановители взаимодействуют в таких соотношениях, чтобы числа принятых и отданных электронов были одинаковы.

Конкретное проявление окислительных или восстановительных свойств атомами различных элементов зависит от многих факторов. К важнейшим из них следует отнести положение элемента в таблице Менделеева, степень окисления элемента в данном веществе, особые свойства других участников реакции (характер среды для растворов, концентрация реагентов, температура, стереохимические свойства сложных частиц и др.)