Модуль III. Основні закони хімічних перетворень із зміною ступенів окиснення елементів або їх валентності.

Що треба знати:

• Визначення та основні ознаки окисно-відновних реакцій;

• Поняття "ступінь окиснення елементу";

• Що являє собою процес окиснення й основні відновники;

• Що являє собою процес відновлення й основні окисники;

• Найважливіші правила складання рівнянь окисно-відновних реакцій методом електронного балансу;

• Типи окисно-відновних реакцій;

• Вплив середовища на протікання окисно-відновних реакцій.

Що треба вміти:

• Розраховувати ступені окиснення елементів у сполуках;

• Визначати окисники та відновники в реакції на основі значень ступенів окиснення елементів, положення елементів у періодичній системі, а також типових хімічних властивостей сполук;

• Складати до окисно-відновних реакцій схеми перерозподілу електронів;

• Підбирати та розставляти коефіцієнти в реакціях із зміною ступеня окиснення елементів.

Про що треба мати уявлення:

• Як складати окисно-відновні реакції методом напівреакцій;

• Як визначається напрямок протікання окисно-відновних реакцій на основі розрахунку електродного потенціалу системи як різниці стандартних електродних потенціалів окисника та відновника.

3.1. Роль окисно-відновних процесів у хімії й біології.

Окисно-відновні реакції (ОВР) - найбільш широко розповсюджений тип хімічних реакцій. Велике значення мають ОВР у хімічному виробництві, зокрема, у виробництві кислот - H₂SO₄, HNO₃, H₃PO₄, мінеральних добрив, тощо; в аналітичній хімії для якісного та кількісного визначення іонів [6-10]. Наприклад, якісна реакція "відкриття" Mn²⁺ відбувається в кислому середовищі в присутності окисника (NaBiO₃, PbO₂) з утворенням Mn⁷⁺ (НMnО₄) і супроводжується утворенням характерного малинового забарвлення розчину.

2Mn(NO₃)₂ + 5NaBiO₃ + 14HNO₃  2НMnО₄ + 5NaNO₃ + 5Bi(NO₃)₃ + 7H₂O

M n²⁺ -5e  Mn⁷⁺ 2 відновник

Bi⁵⁺ + 2e  Bi³⁺ 5 окисник

Якісна реакція відкриття SO₃^2- відбувається в кислому середовищі у присутності окисника КMnО₄ (розчин знебарвлюється):

5Na₂SO₃ + 2КMnО₄ + 3H₂SO₄ = 5Na₂SO₄ + 2MnSО₄ + К₂SO₄ + 3H₂O

S⁴⁺ -2e  S⁶⁺ 5 відновник

Mn⁷⁺ + 5e  Mn²⁺ 2 окисник

На окисно-відновних реакціях у кількісному визначені основані редоксметоди об'ємного аналізу: перманганатометрія, йодометрія, хроматометрія та інші, а також використання редоксіндикаторів.

В біології до найважливішої окисно-відновної реакції відноситься процес фотосинтезу. Це єдиний унікальний процес у біосфері, в якому відбувається поглинання енергії Сонця і беруть початок усі прояви життя на Землі. Загальне рівняння цього процесу:

6СО₂ +6H₂O  С₆Н₁₂О₆ + 6О₂

С ⁴⁺ + 4е  С⁰ 4 6 С₆

2О^2- - 4е  О₂ 4 6 О₆

Кисень О₂ необхідний для дихання багатьох організмів. Багато іонів перехідних металів мають змінну валентність і здатні до участі в окисно-відновних реакціях: Mn, Co, Mo - активують ряд ферментів. Se - захищає від окисної дії вільних радикалів та іонів важких металів. В біонеорганічних комплексних системах суттєву роль відіграють окисно-відновні пари Fe²⁺/Fe³⁺ і Cu⁺/Cu²⁺.

Харчові продукти в організмі окиснюються киснем і є джерелом енергії для виконання певної роботи й джерелом тепла для підтримування постійної температури тіла.

Біосферу можна розглядати як єдину гігантську хімічну лабораторію, в якій постійно відбувається безліч хімічних перетворень, переважна більшість, із яких є окисно-відновними.

У кругообігу речовин у боісфері приймають участь водень, кисень, карбон, азот, сірка, фосфор.