1.2. Основные положения теории окисления-восстановления

При протекании химических реакций происходит разрушение существующих химических связей и образование новых, что, в большинстве случаев, сопровождается перераспределением электронов между атомами за счет отдачи и принятия электронов атомами или ионами. Закономерности этих процессов обобщены в положениях теории окисления-восстановления:

1. Процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом называется окислением. Например:

Аl – 3ē → Al⁺³;

Н₂ – 2ē → 2H⁺;

2Cl^– – 2ē → Cl₂.

В процессе окисления простого вещества атом, бывший до того электронейтральным, приобретает избыточный положительный заряд. Если считать, что электроны полностью покинули электронную оболочку атома, то положительный заряд равен числу отданных электронов:

Аl⁰ – 3ē →Al⁺³.

При окислении степень окисления повышается:

Sn⁺² – 2ē → Sn⁺⁴.

2. Процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом называется восстановлением. Например:

S + 2ē → S^–2;

Cl₂ + 2ē → 2Сl^–;

Fe⁺³ + ē → Fe⁺².

В процессе восстановления простого вещества атом приобретает избыточный отрицательный заряд, равный по абсолютной величине числу принятых электронов:

S⁰ + 2ē → S^–2.

При восстановлении степень окисления понижается (именно поэтому в английском языке и других европейских языках процесс восстановления обозначается термином reduction — понижение).

3. Атомы, молекулы или ионы, отдающие электроны и претерпевающие в ходе реакции процесс окисления, называются восстановителями, так как отдаваемые ими электроны обеспечивают процесс восстановления другого участника реакции, принимающего электроны. Атомы, молекулы или ионы, присоединяющие электроны, назы­ваются окислителями, так как, благодаря их действию, происходит процесс окисления другого участника реакции. Вo время реакции окислители восстанавливаются.

4. В окислительно-восстановительных процессах количество электронов, отданных в процессе окисления, всегда должно быть равно количеству электронов, принятых в процессе восстановления. Например:

+2 –2 0 0 +1 –2

CuО + Н₂ = Сu + H₂O

окислитель Cu⁺² + 2ē → Cu⁰ (восстановление);

восстановитель H⁰₂ –2ē → 2H⁺ (окисление).

В этой реакции атом водорода отдает один электрон (а молекула водорода в целом — два электрона); водород является восстановителем.

1.3. Правила определения степени окисления

При определении степени окисления элемента, следует руководствоваться следующими положениями:

1. Степень окисления атомов элементарных металлов равна нулю (Na, Сa, Al и т.д.).

2. Степень окисления атомов неметаллов в молекулах простых веществ равна нулю (N₂, Cl₂, O₂, H₂ и т.д.).

3. Во всех соединениях щелочные металлы имеют степень окис­ления (+1), щелочноземельные (+2).

4. Водород в соединениях с неметаллами имеет степень окисления (+1), а в солеобразных гидридах (NаН, СаН₂ и т.д.) (–1).

5. Фтор — наиболее электроотрицательный элемент, в соедине­ниях с другими элементами имеет степень окисления (–1).

6. Кислород в соединениях проявляет степень окисления (–2). Исключение составляют OF₂, в котором степень окисления кислорода (+2), и пероксиды, например, H₂O₂ , Na₂O_{2 ,} в которых степень окисления кислорода (–1).

7. Степень окисления может быть не только целым, но и дробным числом. Так, в KO₂ и KO₃ для кислорода она соответственно равна (^–1/₂) и (^–1/₃).

8. В нейтральных молекулах алгебраическая сумма всех степеней окисления равна нулю.

9. Алгебраическая сумма степеней окисления всех атомов, входящих в ион, равна заряду иона.

Пример 1.

Найти степень окисления хрома в молекуле K₂Cr₂О₇.

Составим для этой молекулы уравнение:

(+1)×2 + x×2 + (–2)×7 = 0,

где (+1) — степень окисления калия; 2 — число атомов калия; x — степень окисления хрома; 2 — число атомов хрома; (–2) — степень окисления кислорода; 7 — число атомов кислорода.

Решая уравнение, получаем x = +6.

Пример 2.

Определить степень окисления хлора в ионе СlО₄^–.

Составим для данного иона уравнение:

x×1+ (–2)×4 = –1,

где x — степень окисления хлора; (–2) — степень окисления кислорода; 4 — число атомов кислорода; (–1) — заряд всего иона.

Решая уравнение, получаем x = +7.