Розділ 5. Окисно-відновні реакції

План

§5.1. Процеси окиснення і відновлення.

§5.2. Окисно-відновні реакції, найважливіші окисники і відновники. Окисно-відновний дуалізм.

§5.3. Типи окисно-відновних реакцій та вплив різних факторів на їх перебіг.

§5.4. Складання рівнянь окисно-відновних реакцій.

§5.5. Реакції з участю перманганату калію (KMnO₄) як окисника.

§5.1. Процеси окиснення і відновлення

Нерівномірність розподілу електронів між атомами в сполуках дістала назву окислюваності. Умовний заряд, якого набуває атом елемента при зміщенні електронів від одного атома до другого, називається СТУПЕНЕМ ОКИСНЕННЯ елемента.

Значна частина реакцій відбувається не тільки із зміною складу молекул, але і з переходом електронів від одних атомів до інших, а значить і зі зміною ступеня окиснення атомів. В таких реакціях йде два паралельні процеси: окиснення і відновлення.

ОКИСНЕННЯ – це процес віддачі електронів, в результаті яко­го ступінь окиснення атомів підвищується.

ВІДНОВЛЕННЯ – це процес приєднання електронів, в резу­ль­таті якого ступінь окиснення знижується.

Атом, який віддає електрони і окисню­єть­ся називається ВІДНОВНИК: Н2^0 – 2е^– = 2Н^+ Атом, який приймає електрони, відновлю­єть­ся і називається ОКИСНИК: N2^0 + 6е^– = 2N^3–

ОКИСНО-ВІДНОВНИМИ називаються реакції, у результаті яких змінюються ступені окиснення елементів.

2Mg⁰ + O₂⁰  2Mg⁺²O^-2

Окиснення і відновлення – єдиний процес, що відбувається одночасно; одні речовини віддають електрони, а інші їх приймають. При цьому кількість електронів, відданих відновником, дорівнює кількості електронів, приєднаних окисником.

	ВІДНОВЛЕННЯ
	◄───────────────────
Ступені окиснення	-4 -3 -2 -1 0 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7
	───────────────────►
	ОКИСНЕННЯ

Наведені визначення можна зобразити схемою:

Са + Cl2 = CaCl2 Відновник Ca^0 – 2еˉ = Ca^+2 процес окиснення Окисник Cl2^0 + 2еˉ = 2Cl^¯ процес відновлення

Процеси окиснення і відновлення йдуть одночасно, а загальна кількість електронів залишається постійною.

ЗНАЧЕННЯ ОКИСНО-ВІДНОВНИХ РЕАКЦІЙ

Окисно-відновні реакції лежать в основі дуже важливих процесів в організмі людини: травлення, дихання, біосинтезу, зору, процесів обміну речовин та інших. Окисно-відновні процеси в мітохондріях є основним джерелом енергії для життєдіяльності всіх клітин і орга­нізму в цілому.

§5.2. Найважливіші окисники і відновники. Окисно-відновний дуалізм

Типові ОКИСНИКИ – це атоми або йони в максимальній для даного елементу ступені окиснення. Вони можуть тільки відновлю­ва­тися, а їх ступінь окиснення тільки знижуватися.

Група ОКИСНИКІВ	Хімічні елементи	Приклади речовин
Електричний струм на аноді	—	—
Галогени у вищих позитивних ступенях окиснення	Cl^+7, Br^+7, I^+7	НСlO4, НВrО4, НІО4
Галогени в проміжних позитивних ступенях окиснення	Cl^+1, Cl^+3, Cl^+5 Br^+1, Br^+3, Br^+5	КСlO3, НСlO3, NаВrО3
Халькогени і інші неметали в позитивних ступенях окиснення	S^+6, S^+4, N^+3, N^+5	H2SO4, SO2, HNO3
Неметали – прості речовини (нульовий ступінь окиснення)	F^0, Cl^0, O2^0, S^0, Br^0	F2, Cl2, O3, O2, S, Вr2
Неметали в проміжних негативних ступенях окиснення	О^-1, N^-2	H2О2, BaO2, N2H4
Метали у вищих позитивних ступе­нях окиснення	Мn^+7, Сr^+6, Sn^+4	КМnО4, К2СrO4, Н2Сr2O7, SnCl4
Метали в проміжних позитивних Ст. Ок. проявляють окисно-відновну (О-В) подвійність	Fe^+2, Cu^+1, Sn^+2	FeCl2, Cu2Cl2, SnSO4

Типові ВІДНОВНИКИ – це атоми або йони з мінімальним для донного елементу ступенем окиснення. Вони можуть тільки окиснюватися, а їх ступінь окиснення тільки підвищуватися.

Група ВІДНОВНИКІВ	Хімічні елементи	Приклади речовин
Електричний струм на катоді	—	—
Метали – прості речовини (нульовий ступінь окиснення)	Na^0, Ca^0, Fe^0	Na, Ca, Fe
Неметали в низькому негативному ступені окиснення	C1^-1, N^-3, S^-2	HCl, NH3, ZnS
Метали в проміжному позитивному ступені окиснення	Fe^+2, Cr^+2, Cu^+1	FeSO4, CrCl2, Cu2Cl2
Неметали в проміжному негативному ступені окиснення	О^-1, N^-2	Н2О2, N2H4
Неметали – прості речовини (нульовий ступінь окиснення)	S^0, P^0, С^0, I^0	S, P4, C, I2
Неметали в проміжному позитивному ступені проявляють О-В подвійність	P^+3, S^+4, С^+2	PCl3, SO2, CO

Речовини, атоми яких знаходяться в проміжному для даного еле­менту ступені окиснення, проявляють ОКИСНО-ВІДНОВНУ ПО­ДВІЙНІСТЬ, тобто вони можуть виступати в ролі окиснюва­чів для одних речовин і в ролі відновників для інших.

До таких речовин відносяться, наприклад: Н₂О₂, Na₂S₂О₃, NО, NO₂, SO₂ і інші.

Наприклад:

S^-2 H2S відновник

S^0S^+4 S, SO2, H2SO3 можуть бути окисником і відновником

S^+6 SO3, H2SO4 окисник