Лекция окислительно-восстановительные реакции

Окислительно-восстановительными (ОВР) называ-ют реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ.

Основные понятия

Степень окисления (с.о.) – условный заряд атома в химическом соединении. Степень окисления можно рассчитать, пользуясь следующими правилами:

степень окисления атомов в простых веществах равна нулю ( и др.);

степень окисления атомов водорода и щелочных металлов в большинстве сложных веществ равна +1 ();

степень окисления атомов кислорода в сложных веществах, как правило, равна 2 ();

алгебраическая сумма степеней окисления атомов в частице (молекуле или ионе) равна заряду этой частицы.

Например, подсчитать степени окисления атомов азота в соединении NH₄NO₃ можно, разделив эту соль на ионы, которые образуются при электролитической диссоциации солей: NH₄⁺ и NO₃^. Далее, для каждого иона составляем выражение суммы степеней окисления, включая неизвестную степень окисления атома азота х, и приравниваем его заряду иона.

Для иона NH₄⁺:

х + 4 (+1) = +1, х = 3;

для иона NO₃^:

х + 3 (2) = 1, х = +5.

В формулах степень окисления при необходимости показывают арабской цифрой над символом элемента, например .

Большинство элементов способно проявлять несколько степеней окисления. Низшая степень окисления для атомов металлов равна нулю, для атомов неметаллов – суммарному заряду электронов, необходимых для достройки последнего энергетического подуровня. Высшая степень окисления ато-мов элементов, как правило, равна номеру группы (исключе-ние – элементы VIII группы и побочной подгруппы I группы).

В частности, для азота известны соединения, в которых атом азота проявляет степени окисления от 3 - низшей до +5 - высшей:

степени окисления 2, 1, 0, +1, +2, +3, +4 называют промежуточными.

Окисление и восстановление. Окислители и восста-новители.

Сущность этих понятий рассмотрим на примере окислительно-восстановительной реакции между цинком и раствором сульфата меди (II):

Zn + CuSO₄ = ZnSO₄ + Cu,

или в ионном виде

Zn⁰+ Cu²⁺ = Zn²⁺ + Cu⁰.

Атом цинка превращается в ион с зарядом +2, т.е. теря-ет два электрона (2), а ион меди с зарядом +2 превращается в нейтральный атом, т.е. присоединяет два электрона (+2); при этом степень окисления цинка повышается от 0 до +2, а меди понижается от +2 до 0.

Вещество, отдающее электроны, называют восстанови-телем. Отдачу электронов атомами элемента и, следова-тельно, повышение степени окисления элемента называют окислением. Восстановитель в ходе реакции окисляется.

Вещество, присоединяющее электроны, называют окисли-телем. Присоединение электронов атомами элемента и, следовательно, понижение степени окисления элемента называют восстановлением. Окислитель в ходе реакции восстанавливается.

В приведенном примере восстановитель – Zn⁰, окисляется до Zn²⁺ (ZnSO₄), окислитель – Cu²⁺ (CuSO₄), восстанавливается до Cu⁰.

По роли частиц в ОВР можно выделить три группы: только окислители; только восстановители; и окислители, и восстановители.