9.5. Список рекомендованої літератури

1. Глинка Н.Л. Общая химия. – Л.: Химия, 1988. – С.219-249.

2. Глинка Н.Л. Задачи и упражнения по общей химии. – Л.: Химия, 1985. – С. 141-151.

3. Фролов В.В. Химия. – М.: Высш. шк., 1986. – С.182-207.

4. Курс общей химии / Под ред. Коровина А.В. – М.: Высш. шк., 1985. – С.156-172.

5. Кириченко В.І. Загальна хімія: Навч. посіб. – К.: Вища шк., 2005. – С. 245-259.

Тема 10. Окисно-відновні реакції

10.1. Рекомендації до вивчення теоретичного матеріалу

Перед вивченням цієї теми варто повторити такі поняття, як ступінь окиснення, іон, дисоціація, напрямок обмінних реакцій, електрон. Згадайте також, що реакції поділяють на електроностатичні і електронодинамічні, тобто окисно-відновні.

Окисно-відновні реакції (ОВР)– це реакції, що протікають зі зміною ступеня окиснення елементів у сполуках внаслідок переходу електронів від одних елементів до інших.

Процес втрати часткою електронів, що супроводжується підвищенням ступеня окиснення елемента, називається окисненням. Речовини, що втрачають електрони, називаються відновниками. Наприклад, метали, С, СО, Н₂, КІ.

Процес приєднання часткою електронів, що супроводжується зниженням ступеня окиснення, називається відновленням. Речовини, що приєднують електрони, називаються окисниками. Наприклад, О₂, галогени, PbО₂, KMnО₄, H₂SO₄, HNO₃, K₂Cr₂O_7.

Класифікація ОВР:

• міжмолекулярна ОВР – така ОВР, у якій елементи, що змінюють ступінь окиснення, входять до складу різних молекул.

Наприклад, 2+ 2; 2Zn+ 3 2Zn+₂

- внутрішньомолекулярна ОВР – така ОВР, у якій елементи, що змінюють ступінь окиснення, входять до складу однієї молекули.

Наприклад, K₃  2K+ 3

• диспропорцінування (самоокиснення-самовідновлення) є така ОВР, у якій один елемент, що входить до складу молекули, одночасно виконує функцію окисника і відновника, тобто підвищує і знижує ступінь окислення.

Наприклад, 4КО₃ 3КO₄ + K

При складанні рівнянь окисно-відновних реакцій застосовують два методи: метод електронного балансу й іонно-електронний метод (метод напівреакцій). Обидва методи засновані на двох принципах:

- ОВР відповідають правилу матеріального балансу (кількість атомів одного сорту в правій і лівій частинах рівняння однаково).

- ОВР підкоряються правилу балансу зарядів (загальне число електронів, що віддає відновник, дорівнює загальному числу електронів, що приєднє окисник).

У багатьох випадках ОВР протікають у визначеному середовищі: нейтральному, кислому, лужному (кислоти і луги при цьому витрачаються на утворення солей або води). У ряді випадків середовище обумовлює навіть зміну напрямку процесу, тому для складання рівнянь ОВР застосовують іонно-електронний метод (метод напівреакцій). Цей метод передбачає роздільне складання іонних рівнянь для процесу окиснення і процесу відновлення, а також наступне підсумовування їх у загальне електронно-іонне рівняння. При цьому в рівняння напівреакції сильні електроліти записують у виді іонів, а слабкі електроліти, осади – у виді молекул. Іони, що не змінюються в результаті реакції, в іонну схему не включаються. Докладне складання ОВР методом електронно-іонного балансу розглядається в підручнику М.Л. Глінки (нижче наведено приклади складання рівнянь ОВР двома методами).

Для полегшення складання напівреакцій використовуються таблиці переходів для типових окисників і відновників у залежності від середовища (див. додаток).

Елементи у вищих ступенях окиснення можуть бути в ОВР тільки окисниками. Елементи в нижчих ступенях окиснення можуть тільки віддавати електрони і виявляти тільки відновні властивості. Елементи з проміжними ступенями окиснення мають подвійні властивості (окисно-відновна подвійність). Наприклад, гідрогена пероксид може виступати в реакціях ОВР як окисник і як відновник (формальний ступінь окиснення оксигену в цій сполуці –1):

Н₂О₂ – відновник: Н₂₂ + 2ОН^- -2е  2Н₂О + (рН>7)

Н₂₂ – 2е  2Н⁺ + (рН7)

Н₂О₂ – окисник: Н₂₂ + 2Н⁺ +2е  2Н₂(рН<7)

Н₂₂ + 2е  2Н^- (p7).

Для реакцій у розчинах прагнення до переходу електронів від одних атомів до інших характеризується їх стандартними окисно-відновними потенціалами (редокс-потенціалами) (Е⁰ ). Чим більше значення Е⁰ атома чи іона, тим сильніше його окисні властивості (тобто прагнення до прийому електронів); чим менше значення Е⁰ атома чи іона, тим сильніше відновні властивості (прагнення до віддачі електронів). Для окисно-відновних пар за участю металів силу окислюючих чи відновних властивостей їхніх атомів або іонів можна визначити по величині стандартного електродного потенціалу (Е⁰), що має той же зміст, що й окисно-відновний потенціал. Потенціал окисника завжди більше потенціалу відновника (Е⁰_ок > Е⁰_відн.).

Знаючи значення стандартних окисно-відновних потенціалів (Е⁰), можна прогнозувати напрямок ОВР. Реакція йде в прямому напрямку, якщо різниця потенціалів окисника і відновника має позитивне значення: Е.Р.С. = Е⁰_ок - Е⁰_відн., Е.Р.С. > 0. (Причому, якщо Е.Р.С. знаходиться в межах 0 – 0,2 В, реакція протікає повільно. Якщо Е.Р.С. > 0,2 В, реакція протікає з помітною швидкістю). Якщо Е.Р.С. < 0, реакція можлива лише в зворотному напрямку.