Глава 8. Окислительно-восстановительные реакции

8.1.Общие понятия об окислительно- восстановительных реакциях

Химические реакции классифицируются по различным признакам:

1) числу и составу исходных и образующихся веществ (реакции разложения, соединения, замещения, обмена);

2) тепловому эффекту (экзо - и эндотермические реак­ции);

3) изменению окислительного числа (О.Ч.)атомов, вхо­дящих в состав реагирующих веществ (окислительно-восстановительные реакции).

Большое значение в химической теории и практике име­ют окислительно-восстановительные реакции. Они чрезвы­чайно распространены в природе (дыхание, усвоение двуокиси углерода растениями, гниение, коррозия металлов и др.) и иг­рают важную роль в практической деятельности человека (из­влечение металлов и неметаллов из руд, использование хими­ческих источников тока и борьба с коррозией, производство химических и других продуктов и т.д.).

Первоначально со времени Лавуазье окисление рассмат­ривалось как реакция присоединения кислорода к какому-либо веществу. Противоположный процесс - отнятие кислорода от вещества - называли реакцией восстановления. Развитие элек­тронной теории строения атомов и химической связи дало возможность широко обобщить представления об окислитель­но-восстановительных реакциях.

С современной точки зрения окислительно-восстано­вительными реакциями называются такие, в которых происхо­дит переход электронов от одних реагирующих атомов к дру­гим, что сопровождается соответствующим изменением степе­ни их окисления.

Под степенью окисления элемента в соединении пони­мают условный заряд иона, вычисленный из предположения, что электронные пары полностью смещены к наиболее элек­троотрицательному элементу. Числовое выражение степени окисления называется окислительным числом (О.Ч.).

Окислительные числа атомов могут иметь положитель­ное значение (определяемое числом смещенных от атома дан­ного элемента электронных пар), отрицательное (определяе­мое числом притянутых электронных пар) и нулевое (смеще­ние электронных пар не происходит).

Окислительное число может быть определено для каждо­го атома в любом веществе, для чего нужно руководствоваться следующими правилами:

1. В любых элементарных веществах О.Ч.равно нулю.

2. О.Ч.элементарных ионов в веществах равны электрическим зарядам этих ионов.

3. Алгебраическая сумма окислительных чисел всех ато­мов любого соединения равна нулю. Например, в соединениях Na₂S, Na₂SO₃ и Na₂SO₄О.Ч.серы соответственно равно-2, +4, +6.

4. Щелочные металлы в соединении всегда имеют постоянное О.Ч. (+1), щелочно-земельные -+2. Окислительное число кислорода в соединении равно-2(за исключением пероксидов, гдеО.Ч.кислорода равно-1, фторида кислородаOF₂,где

ОЧравно+2). Водород имеетО.Ч.равное+1, кроме солеобразующих гидридов, в которых у водородаО.Ч.равно-1, напри­мер, вNaH.

Формально можно считать, что окислительное число рав­но валентности иона, если принять, что все связи в молекуле носят ионный характер. Однако следует помнить, что ОЧи валентность понятия не тождественные. Так, в молекулахН₂иСl₂ОЧравно0, а ковалентность равна1(один непарный электрон участвует в образовании связи - одной ковалентной па­ры). В углеводородахО.Ч.углерода равно0, например вСН₂О,

поскольку нет смещения электронных пар. Однако ковалентность равна 4, так как в образовании связей участвуют4электронных пары.

Процесс отдачи атомом электронов (или оттягивание от него электронных пар более электроотрицательным элемен­том), сопровождающийся повышением его О.Ч., называется окислением. Процесс присоединения атомом электронов (или притягивания электронных пар) называется восстановлением. У восстанавливающего элементаО.Ч.понижается.

Вещество, в состав которого входит восстанавливающий элемент, называется окислителем.Принимая электроны от другого элемента, восстанавливающийся элемент при этом окисляет его. Вещество, содержащее окисляющий элемент, называетсявосстановителем.Реакция окисления неотделима от реакции восстановления и каждая из них составляет одну из двух неразрывно связанных сторон единого процесса окисле­ния - восстановления.

Так, например, в результате взаимодействия алюминия с бромом происходит окисление алюминия

2 Аl⁰ + 3 Вr₂⁰ = 2 Аl⁺³Вr₃^-1при этом алюминий отдает электроны и является восстанови­телем, бром присоединяет электроны и является окислителем.

2 | Аl - 3 = Аl³⁺ -процесс окисления

3 | Вr₂ + 2 = 2 Вr^-- процесс восстановления.